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Métrologie optique à petite échelle sous Microscope Électronique à Balayage : mesures de champs cinématiques en présence de discontinuités, par couplage FIB-MEB-CIN

Le travail qui suit est divisé en trois grandes parties. Premièrement, lorsque nous souhaitons réaliser des études à des échelles plus petites telles que l’échelle micrométrique, nous devons non seulement utiliser un moyen d’observation plus complexe, tel que le microscope électronique à balayage «MEB-FEG» pour obtenir des images exploitables en métrologie optique, mais aussi avoir un marquage (mouchetis) à ces échelles. Actuellement, la corrélation d’images numériques est la technique de mesure de champs cinématique la plus utilisée pour étudier le comportement mécanique des matériaux et des structures sur une zone d’intérêt allant de l’échelle du mètre à l’échelle millimétrique. Ces derniers peuvent être obtenus par diverses techniques comme par exemple en utilisant le Dual-Beam «FIB». Pour la démarche scientifique adoptée nous avons commencé par développer un mouchetis artificiel, avec une profondeur de gravure de l’ordre de 100 nanomètres. Nous nous sommes appuyés également sur des outils statistiques tels que la gamme des niveaux de gris, l’auto corrélation, le nombre de passes et la variation de grossissement qui s’avèrent nécessaires pour valider le marquage et avoir de meilleurs résultats. Ceci a constitué la première partie de cette thèse. Dans la seconde partie, la méthode DIC a été adoptée en utilisant un microscope électronique à balayage (MEB) et un marquage réalisé grâce à un faisceau d’ions focalisés (FIB). Afin de construire une solution métrologique maîtrisée et fiable pour observer et quantifier les mouvements et les déformations de la matière à ces échelles, différents essais ont été réalisés sur deux métaux différents, à savoir, l’Acier 3041 et l’Inconel 718, et ce pour s’assurer de la répétabilité et de la reproductibilité de la procédure. Dans ces essais, nous avons proposé de calculer les déplacements horizontaux et verticaux ainsi que l’erreur liée à ces déplacements. La même démarche a été menée sur les champs de déformations. Différents résultats ont été obtenus en fonction de la variation de l’écart type trouvé dans les données acquises permettant de quantifier les erreurs de mesure ainsi que la répétabilité et la dérive dans le temps. La dernière partie du travail proposé porte sur l’adaptation des méthodes de mesure aux mécanismes particuliers de déformation à ces échelles, comme la localisation de fractures et l’endommagement.Pour étudier le comportement mécanique et prendre en compte les fractures locales, nous avons procédé à l’extraction des déformations d’un matériau fracturé à l’aide d’une méthode de mesure de champ de déplacement. L’approche proposée consistait à extraire les déformations résiduelles des premiers gradients locaux de HDIC les moins perturbés par la fracture. Différents tests ont été effectués pour évaluer la validité de cette nouvelle approche proposée. Une application pour étudier le comportement mécanique d’un composite métallique (Al /ω-Al-Cu-Fe) a été proposée. Une exploitation particulière de tous les champs réside dans la bonne séparation des champs de déformation et de la partie fissurée. Une discussion sur la comparaison entre une analyse DIC conventionnelle et son extension a été présentée sur les zones avec et sans fractures.

Mots-clés libres : Fracture, FIB-SEM-DIC, corrélation d'images, déformation résiduelles.

Rameau (langage normalisé) :
• Traitement d'images
  
• Microscopie électronique à balayage
  
• Rupture, Mécanique de la
  
• Contraintes résiduelles
  
• Microscopie ionique à émission de champ