UPThèses

Le silicium obtenu par croissance cristalline de lingots massifs est l'une des matière les plus utilisées dans l'industrie du photovoltaïque (PV) en tant que substrat. Des contraintes résiduelles faibles apparaissent durant les procédés thermiques et mécaniques de fabrications. Malgré leurs faibles intensités, ces contraintes sont néfastes et induisent des casses importantes durant la mise en forme et la mise en fonctionnement des cellules solaires. Le but de l'étude est de caractériser ces contraintes résiduelles. La photoélasticimétrie infrarouge est une méthode adaptée pour déterminer ces champs de contraintes de quelques MPa de façon non-destructive, sans contact et in-situ à l'échelle du substrat. Un dispositif spécifique a été développé afin de mener à bien l'étude. Les origines des contraintes résiduelles ont été mises en relation avec les différents procédés de fabrication.

Le travail présenté dans ce mémoire consiste à adapter la méthode de corrélation d'images numériques (CIN) pour la gestion des discontinuités du milieu et de la transformation. Le cadre d'utilisation des méthodes optiques de mesure i.e. celui de la mécanique des milieux continus, impose une continuité matérielle : i) du domaine et ii) de la transformation. Pour traiter les discontinuités en question, on peut reconsidérer la continuité (milieu et transformation) par morceaux. Dans le cadre de la CIN, cela se traduit par la possibilité d'adapter localement la forme et la taille des fenêtres de corrélation à la zone d'intérêt et à sa cinématique. Pour ce faire, il est possible d'utiliser des masques : un masque-objet pour traiter les discontinuités du milieu et un masque-discontinuité pour traiter les discontinuités de la transformation. Cependant, avant l'implémentation des masques dans la procédure de corrélation, plusieurs essais expérimentaux de déplacement sur des modèles comportant les deux types de discontinuité, ont été conduits. Ces essais ont permis de prouver l'influence des discontinuités sur la dégradation de la précision de mesure par CIN. Ensuite, des essais de traction ont été menés sur une éprouvette en polycarbonate conduisant à un mode I d'ouverture ou de fermeture de fissure. Après l'implémentation des masques dans le logiciel de corrélation Correla, le calcul des champs de déplacement et de déformation a été opéré avec succès à la surface de cette éprouvette, démontrant ainsi l'efficacité de la CIN adaptée.

Les mesures photomécaniques permettent à l'expérimentateur d'accéder sans contact à diverses informations mécaniques lors de la sollicitation d'un matériau. Les progrès réalisés dans ce domaine permettent de nos jours de dépasser le cadre des mesures surfaciques pour accéder, de manière quantitative, à des mesures au sein de la matière. Ce mémoire porte sur l'intérêt de ces méthodes expérimentales volumiques dans la confrontation avec des modèles analytiques et numériques. Cette démarche de confrontation est appliquée à deux problèmes mécaniques distincts : un cas académique de fissuration et un cas industriel de contact. Le but pour chacun d'entre eux est d'affirmer ou infirmer les hypothèses relatives à l'établissement de ces modèles. Le problème de fissuration porte sur une éprouvette élastique fissurée épaisse de type SEN, sollicitée en mode I. La méthode de Corrélation d'Images Volumiques est associée à la microtomographie par rayons X pour déterminer les champs expérimentaux de déplacements. Ces derniers sont par la suite comparés à ceux obtenus numériquement (par une modélisation éléments finis) et analytiquement (par la théorie de la mécanique de la rupture). Le problème de contact porte sur un système industriel de vis à billes utilisée en aéronautique. Le but de cette étude, réalisée en collaboration avec l'Ecole des Mines d'Albi et l'IUT de Figeac, est de valider les modélisations numériques relatives à chacune des étapes de simplification du système. Les franges photoélastiques obtenues par photoélasticimétrie 2D, puis photoélasticimétrie 3D par découpage optique, sont utilisées à travers cette étude pour faire évoluer et valider les modèles numériques établis.