Soutenance de thèse : Vivien LEFRANC

Le fretting est un phénomène de dégradation des surfaces sous faibles amplitudes de glissements alternés. Durant les sollicitations de fretting, des couches superficielles subissent une transformation de leur microstructure, apparaissant blanche après attaque chimique, et deviennent fragiles. Ces couches sont appelées Transformations Tribologiques Superficielles (TTS) et elles participent à la formation de débris. Ces travaux de recherche visent à comprendre la genèse des TTS dans un contact plan-plan de TA6V soumis à des sollicitations de fretting, ainsi qu'à caractériser leur comportement mécanique. Les conditions d'apparition des TTS sont tout d'abord évaluées expérimentalement en faisant varier les paramètres de la sollicitation de fretting, notamment la pression de contact. La cinétique de formation est étudiée en analysant la présence et la morphologie de la TTS pour différents nombres de cycles de fretting. Des analyses chimiques EDX, observation optiques et MEB des coupes transverses des traces de fretting après attaque chimique sont réalisées. Les résultats montrent que les TTS apparaissent d'abord localement, par îlots, avant de former une zone unique et élargie au centre du contact avec une épaisseur limitée à moins de 100 microns. Cependant, des pressions inférieures ou égales à 200 MPa ne permettent pas l'observation des TTS, suggérant l'établissement d'une valeur seuil de pression pour leur formation dans le contact. La deuxième partie de l'étude se consacre à la caractérisation de la microstructure et de la texture cristallographique des TTS. Les TTS étant des matériaux à nanograins, des analyses MET ont permis de décrire précisément leur structure. Les phases en présences sont identifiées grâce aux clichés de diffraction électronique. Des analyses chimiques EDS et EELS sont réalisées. La méthode Astar est utilisée afin d'établir la texture locale des TTS à une résolution nanoscopique. Il en ressort que les TTS sont constituées de deux couches de nanograins alternées. L'une est constituée de grains de phase alpha de 20 à 50 nm ayant une texture cristallographique marquée, l'autre de grains (aussi de phase alpha) faisant quelques nanomètres de diamètre et sans texture évidente. La présence d'azote est également détectée dans cette dernière couche. Un mécanisme de formation des TTS par recristallisation dynamique continue, couplée à une localisation de la déformation plastique en bandes, est avancé afin d'expliquer la microstructure hétérogène observée. La destruction des TTS est un enjeu lui aussi capital. Cependant, l'épaisseur très faible des TTS (< 100 microns) rend la détermination de leurs caractéristiques mécaniques difficile. Des essais de flexion de micro-poutre entaillées, usinées et sollicitées sous MEB-FIB, ont permis d'identifier la ténacité des TTS et de révéler leur fragilité importante. Leur microstructure hétérogène a également un impact vis-à-vis du chemin de fissuration. Dans une dernière partie, une nouvelle approche numérique a été mise en place afin d'estimer les niveaux de déformations plastiques cumulées dans nos contacts. Cette simulation est faite en deux étapes. D'abord l'usure est simulée par un modèle multiphysique prenant en compte des phénomènes d'oxydation des surfaces. Ensuite, un calcul élasto-plastique est réalisé sur la surface usée numériquement afin d'estimer la déformation plastique cumulée lors du fretting. Ces simulations ont permis de confirmer l'apparition des TTS sous forme d'îlots par un processus plastique et démontrent l'intérêt des simulations pour expliquer la formation des TTS.