Contribution à la compréhension et à la modélisation de l'effet de la plasticité sur le comportement magnéto-mécanique des matériaux ferromagnétiques

Contribution to the understanding and modeling of the effect of plasticity on the magneto-mechanical behavior of ferromagnetic materials

• Auteur / Autrice : Zakariae Maazaz
• Direction : Olivier Hubert, Olivier de La Barrière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 23/05/2024
• 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 : Laurent Daniel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Maurel, Marie-Ange Raulet, Pierre-Antoine Dubos
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vincent Maurel, Marie-Ange Raulet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique

Ferromagnétisme

Magnétoélasticité

Mots clés libres

Déformation plastique

Magnéto-Mécanique

Magnétostriction

Magneto-Mechanics

Magnetostriction

Plastic straining

Résumé

Les actions mécaniques sont connues pour modifier de manière significative le comportement magnétique des matériaux. Parmi ces sollicitations, la déformation plastique conduit probablement aux variations du comportement les plus extrêmes, ce qui constitue un enjeu en terme de pertes d'énergie mais permet également en terme de développement d'outils de contrôle. Traditionnellement, l'effet magnéto-plastique est attribué à la densité des défauts cristallins et leur interaction avec les parois magnétiques. La plasticité génère également des champs mécaniques hétérogènes dans les matériaux, dont l'effet magnéto-élastique peut également expliquer les variations de comportement mesurées. L'objet de cette thèse est d'apporter des éléments pour lever cette controverse. Pour y parvenir, nous avons d'une part conçu des expériences permettant de développer différentes sollicitations mécaniques plastiques (traction/compression/torsion) dans un matériau monophasé (fer pur) et un matériau biphasé (acier ferrito-perlitique); nous avons ensuite pu observer puis mesurer la densité de dislocations, et procéder à des mesures magnétiques et magnétostrictives. Nos observations indiquent que les effets de contraintes résiduelles et d'interactions magnéto-élastiques dominent le comportement de l'acier en traction/compression. Les défauts structurels jouent en revanche un rôle non négligeable sur le comportement du fer pur soumis aux mêmes sollicitations. Ils dominent totalement en situation de cisaillement quand l'axe de mesure magnétique et l'axe de torsion sont confondus. L'application de deux modèles de comportement basés sur l'effet de couplage magnéto-élastique a permis de corroborer ces résultats.

Mechanical loadings are known to significantly modify the magnetic behavior of materials. Among these stresses, plastic deformation probably leads to the most extreme variations which constitutes a challenge in terms of energy losses but also allows new developments in terms of non-destructive control tools. Traditionally, the magneto-plastic effect is attributed to crystal defects density and their interaction with magnetic domain walls. Plasticity also generates heterogeneous mechanical fields in materials, whose magneto-elastic effect can also explain the magnetic behavior variations. The purpose of this thesis is to provide new elements to resolve this controversy. To achieve this, we have, on the one hand, designed experiments to develop different mechanical loadings and plastic strain states (traction/compression/torsion) in a single-phase material (pure iron) and a two-phase material (ferrito-pearlitic steel); we were then able to observe and then measure the density of dislocations, and carry out magnetic and magnetostrictive measurements. Our observations indicate that the effects of residual stresses and associated magneto-elastic interactions dominate the behavior of steel in tension/compression. Structural defects, on the other hand, play a significant role in the behavior of pure iron subjected to the same stresses. Defects density completely dominate in a shear situation when the magnetic measurement and the torsion axes coincide. Two constitutive models based on magneto-elastic coupling have been used. They corroborate the experimental results.