Dans le cadre de l’étude de la fatigue thermique de tuyauteries du parc de centralesnucléaires, des essais de fatigue multiaxiale à grand nombre de cycles sont effectués pourtenter de quantifier l’effet de la multiaxialité et de contrainte moyenne sur la durée devie du matériau et alimenter un modèle d’endommagement à deux échelles. Des outils demesures de champs cinématiques ainsi que d’observations micrographiques sont mis en placeafin de tirer le maximum d’information de chaque essai : comportement cyclique,déformation plastique progressive, scénario d’apparition des fissures. Des résultatsd’essais proportionnels et non-proportionnels sont présentés.

Les phénomènes de fatigue thermique ou mécanique de matériaux conduisent à l’altérationdes structures, allant jusqu’à la création de fissures. L’objectif du contrôle nondestructif (CND) est de détecter ces fissures et déterminer leurs dimensions, donnéespermettant de statuer sur leurs nocivités et l’endommagement de la structure. Parmi lesdifférentes méthodes de CND, les ultrasons offrent en outre un examen volumique del’ensemble de la structure, avec une mise en œuvre relativement aisée et non contraignanteen termes de sécurité et règlementation. L’interaction entre les ondes ultrasonores et lesdiscontinuités ou fissures présentes au sein de la structure conduit à des échos observésen réception, lesquels après interprétation permettent de dimensionner voire caractériserles défauts à l’origine de ces échos. Selon la nature de l’endommagement (fissure isoléeou réseau de défauts, par exemple dans le cas d’un faïençage thermique, fissure ouverte oupartiellement fermée) et la technique de contrôle utilisée, des phénomènes plus ou moinscomplexes sont mis en jeu : interaction entre une fissure et un réseau de faïençageproche, contacts partiels entre les faces de la fissure sous l’effet de contraintes … Cesphénomènes peuvent limiter les capacités de dimensionnement, voire même de détection desfissures. Dans cet article, différentes applications menées par le CEA LIST, dans ledomaine nucléaire, sont discutées. Ces techniques reposent sur l’utilisation de capteursmulti-éléments ultrasonres, permettant de maîtriser l’orientation et la focalisation dufaisceau ultrasonore rayonné dans la pièce, de façon à optimiser la détection et ledimensionnement de défauts. Différents défauts ont été étudiés : fissure de fatiguemécanique inspectée par ultrasons sous contrainte ou hors contrainte, fissure de fatiguethermique, en présence ou non d’un réseau de faïençage. Ces techniques sont optimisées àpartir des outils de simulation disponibles au sein de laplateforme logiciellemulti-techniques (ultrasons, courants de Foucault, radiographie) CIVA, permettant deprédire les résultats des inspections et ainsi de concevoir et/ou optimiser des techniquesde contrôle. Les performances de ces différentes techniques sont évaluéesexpérimentalement et confrontées aux simulations.

Un modèle thermique a été développé afin d’identifier les sources de chaleur accompagnantles déformations micro-plastiques intervenant au cours d’un essai de fatigue cyclique.Dans la première minute de chaque palier, un modèle de barre infinie permet de différer laprise en compte des pertes conductives par les mors. Les sources sont identifiées au fildes paliers de chargement croissant, tout en évitant d’entrer dans le domaine deplasticité macroscopique.

Une démarche de développement d’un modèle probabiliste à deux échelles pour la fatigueHCF des aciers est proposée. Elle est basée sur l’utilisation de mesured’auto-échauffement sous chargements cycliques et est validée sur la base de la prévisiondes courbes de Wöhler d’un acier dual-phase pour différents rapport de charge.

Pour améliorer la tenue mécanique à la fatigue polycyclique des matériaux de fonderie, laCompaction Isostatique à Chaud (CIC) peut être utilisée. Elle consiste en un traitementthermomécanique des pièces moulées afin de refermer, complètement ou partiellement, lesdéfauts initiaux qu’elles contiennent. On propose ici d’utiliser des mesuresd’auto-échauffement sous chargements cycliques et un modèle associé pour caractériser legain en tenue à la fatigue apporté par le procédé CIC sur un alliage cupro-aluminium defonderie.

Ce travail est dédié à l’étude de l’endommagement en fatigue polycyclique soussollicitations multiaxiales de matériaux métalliques, suivant deux objectifs. Le premierest la caractérisation expérimentale de cet endommagement, pour des sollicitations simples(traction et torsion), mais également pour des blocs de sollicitations différentes. Lesecond objectif est la modélisation des phénomènes observés incluant l’usage de lamécanique de l’endommagement.

Cette modélisation est établie dans un cadrethermodynamique, suivant une description mésoscopique de la plasticité cyclique, avec uncouplage fort des variables décrivant le dommage cristallin. La version isotrope présentéeici utilise deux variables distinctes pour décrire l’endommagement du cristal. La premièrevariable permet de considérer les effets de la dégradation du cristal sur ses propriétésplastiques, alors que la seconde est une mesure équivalente de l’usure du cristal.L’évolution relative de ces deux variables dépend en premier lieu de la part hydrostatiquedu tenseur mésoscopique des contraintes.