Caractérisation et modélisation thermo-mécanique des alliages à mémoire de forme - application au 26at%Nb-Ti

Thermomechanical characterization and modeling of shape memory alloys - application on 26at%Nb-Ti

• Auteur / Autrice : Marie Caruel
• Direction : Karine Lavernhe-Taillard, Olivier Hubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 10/11/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Tarak Ben Zineb
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Gloriant, Bertrand Wattrisse, Carlos Angelo Nunes, Shabnam Arbab Chirani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Gloriant, Bertrand Wattrisse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux biocompatibles

Modélisation tridimensionnelle

Matériaux métastables

Thermodynamique

Mots clés libres

Alliage à mémoire de forme

Caractérisation thermo-Mécanique

Essais in-Situ

Modèles micro-Macro

Couplage thermo-Mécanique

Shape memory alloy

Thermo-Mechanical characterization

In-Situ test

Micro-Macro models

Thermo-Mechanical coupling

Résumé

Le comportement des alliages à mémoire de forme est piloté par une transformation de phase solide-solide du premier ordre se développant aux échelles microscopiques (échelle du grain ou sub-grain). Grâce à leur comportement atypique (propriété mémoire de forme et pseudo-élasticité), ils sont le candidat privilégié de nombreuses applications. La famille la plus utilisée aujourd'hui est celle des alliages binaires nickel-titane en proportion stœchiométrique. Leur grande capacité pseudo-élastique (déformation réversible de 5% à 10 %) a permis leur utilisation massive dans le domaine du médical. Aujourd'hui, les études montrent que le nickel est toxique pour l'homme, avec une augmentation du risque de cancers. Les alliages NiTi présentent d'autre part une raideur mécanique trop élevée. Les alliages binaires de niobium-titane peuvent constituer une alternative intéressante.La mise en place d'essais de caractérisations thermo-mécaniques micro-macro est nécessaire afin de mieux comprendre leur comportement. L'objectif ensuite est de proposer une modélisation adaptée, capable de reproduire au mieux le comportement de ces alliages tout en assurant une identification simple des paramètres matériaux.

The behaviour of shape memory alloys is driven by a first-order solid-solid phase transformation taking place at microscopic scales (grain or sub-grain scale). Thanks to their atypical behaviour (shape memory and pseudo-elastic capacities), they are the privileged candidate for many applications. The family most widely used today is that of binary nickel-titanium alloys in stoichiometric proportions. Their high pseudo-elastic capacity (reversible strain from 5% to 10%) has led to their widespread use in the medical field. Today, studies show that nickel is toxic to humans, with an increased risk of cancer. NiTi alloys exhibit a too high mechanical stiffness. Niobium-titanium binary alloys can be a promising alternative.Micro-macro thermo-mechanical characterisation tests need to be developed to gain a better understanding of their behaviour. The next objective is to propose a suitable model capable of reproducing the behaviour of these alloys as closely as possible, while ensuring simple identification of the material parameters.