Analyse micromécanique des matériaux par Microscopie Micro-ondes à Balayage (SMM)

Micromechanical Analysis of Materials by Scanning Microwave Microscopy (SMM)

• Auteur / Autrice : Leila Sellami
• Direction : Manuel François, Eric Bourillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 02/04/2024
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Organisme français de financement de la recherche publique : Agence nationale de la recherche (France ; 2005-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Systèmes Mécaniques et d'Ingénierie Simultanée / LASMIS
• Jury : Président / Présidente : Sophie Costil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Manuel François, Eric Bourillot, Sophie Costil, François Piquemal, Albert Tidu, Giovanni Bruno, Alexandre Dazzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Piquemal, Albert Tidu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écrouissage

Conduction électrique

Déformations (mécanique)

Contraintes résiduelles

Contrôle non destructif

Microscopie en champ proche

Mots clés libres

Microscopie micro-ondes à balayage

Contrôle non destructif

Contraintes résiduelles

Déformations (mécanique)

Conduction électrique

Écrouissage

Scanning microwave microscopy

Near-field microscopy

Non-destructive testing

Residual stresses

Deformations (Mechanics)

Electric conductivity

Strain hardening

Résumé

Le contrôle non destructif constitue un enjeu majeur dans la recherche sur les matériaux métalliques. En effet, la prise en compte de l’état mécanique de la pièce finie mais également tout au long du processus de fabrication est nécessaire pour permettre de maitriser au mieux la conception, d’optimiser les performances et la durée de vie en service du produit sans pour autant détruire les composants et gaspiller de la matière, tout cela dans un contexte de réduction des coûts et de durabilité. Une nouvelle technique d’analyse non destructive utilisant la microscopie micro-ondes par champ proche, basée sur la variation des champs électromagnétiques en interaction avec les matériaux a été développée particulièrement pour la mesure des changements micromécaniques locaux sur des pièces de très petites dimensions. Avec une résolution latérale de l’ordre du nanomètre, elle est tout à fait adéquate pour des mesures à petites échelles (nm à mm). Elle offre également la possibilité d’obtenir un gradient en profondeur par effet de peau dépendamment de la fréquence du signal. La présente thèse vise à identifier l’origine mécanique du signal micro-ondes obtenu par cette technique sur différents métaux par expérimentation (comparaison à d’autres techniques d’analyse) et modélisation. De manière générale, les travaux expérimentaux ont permis de mieux comprendre l’impact de l’état mécanique et de différencier l’effet d’une contrainte (régime élastique) de l’effet d’une déformation plastique sur le signal mesuré. Les travaux de modélisation ont permis de mieux comprendre les interactions en jeu.

Non-destructive testing constitutes a major challenge in research on metallic materials. Indeed, taking into account the mechanical state of the finished component but also throughout the manufacturing process is necessary to best control the design, optimize the performance and service life of the product without destroying components and wasting materials, all in a context of cost reduction and sustainability.A new non-destructive analysis technique using near-field microwave microscopy, based on the variation of electromagnetic fields interacting with materials, has been developed particularly for measuring local micromechanical changes on very small parts. With a lateral resolution of the order of a nanometer, it is entirely suitable for small-scale measurements (nm to mm). It also offers the possibility of obtaining a depth gradient by skin effect depending on the frequency of the signal.This thesis aims to identify the mechanical origin of the microwave signal obtained by this technique on different metals by experimentation (comparison to other analysis techniques) and modeling.In general, the experimental work made it possible to better understand the impact of the mechanical state and to differentiate the effect of a stress (elastic regime) from the effect of a plastic strain on the measured signal. The modeling work has provided a better understanding of the interactions involved.