Les alliages métalliques utilisés dans les applications industrielles ont le plus souvent un mode de rupture ductile par germination, croissance et coalescence de cavités internes. Les cavités apparaissent du fait de la rupture d’inclusions, croissent sous l’effet du chargement mécanique jusqu’à se rejoindre, conduisant à la ruine de la structure. La résistance à l’amorçage et à la propagation de fissure résulte de ce mécanisme. La prédiction de la ténacité passe donc par la
modélisation de la plasticité des matériaux poreux. Le comportement de matériaux poreux a été très étudié tant d’un point de vue expérimental que théorique et numérique dans le cas de chargement mécanique monotone en grandes déformations, conduisant à des lois de comportement permettant de simuler la rupture ductile de structure. Le cas des chargements mécaniques cycliques à faible nombre de cycles et / ou impliquant de faibles niveaux de déformations a comparativement été peu étudié, alors même que ce type de chargement est d’intérêt dans les applications industrielles, par exemple dans le cas de séisme. Dans cette thèse, l’effet de chargements oligocycliques sur les propriétés de rupture ductile sera investigué de manière systématique d’un point de vue expérimental, théorique et numérique. Des campagnes d’essais seront réalisées sur différents matériaux utilisés dans les applications nucléaires et pour différentes conditions de sollicitations mécaniques afin de quantifier l’effet des chargements oligocycliques sur la déformation à rupture et
la ténacité. En parallèle, des simulations numériques seront effectuées afin d’obtenir une base de données étendue concernant le comportement plastique de matériaux poreux sous chargement cyclique en s’intéressant en particulier aux effets de l’élasticité, de la porosité, du chargement mécanique et de distribution spatiale de cavités. Ces simulations numériques seront utilisées pour valider des modèles analytiques développés au cours de la thèse visant à prédire l’évolution de la porosité et la contrainte d’écoulement. Enfin, les modèles seront implémentés sous la forme de lois
de comportement et utilisés pour simuler les essais expérimentaux.

La corrosion des armatures est une des principales causes de dégradation prématurée des infrastructures en béton, y compris dans le domaine nucléaire où le béton est largement utilisé dans les enceintes de confinement et les structures de stockage de déchets. La carbonatation due à la pénétration du CO2 dans le béton entraîne une baisse du pH de la solution porale, favorisant la corrosion des armatures. Cette corrosion entraine la formation de produits expansifs pouvant provoquer la fissuration du matériau. Le travail de thèse, proposé dans le cadre d’une collaboration au sein d’un projet européen entre le CEA de Saclay, l'École des Mines de Paris - PSL et l'IRSN, vise à développer un modèle numérique pour simuler ces phénomènes. Le modèle combine un code de transport réactif (Hytec) et un code d'éléments finis (Cast3M) pour étudier les effets locaux de la corrosion par carbonatation sur la fissuration du béton. Ce projet s’appuiera sur des travaux expérimentaux réalisés en parallèle permettant de recueillir des données pour identifier les paramètres et valider le modèle. La première partie du travail se concentrera sur la modélisation de la carbonatation des matériaux cimentaires en conditions insaturées, tandis que la deuxième portera sur la corrosion des armatures due à la baisse de pH induite par cette carbonatation. Le modèle décrira la croissance des produits de corrosion et leur expansion induisant des contraintes dans le béton et une possible microfissuration.
Ce projet de recherche s'adresse à un doctorant souhaitant développer ses compétences en science des matériaux, avec une forte composante en modélisation et simulations numériques multi-physiques et multi-échelles. La thèse sera réalisée principalement au CEA de Saclay et à l'École des Mines de Paris – PSL (Fontainebleau).