Modélisation du Comportement Thermomécanique des Couches Minces en Alliages à Mémoire de Forme
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Date
2026
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Abstract
Les alliages à mémoire de forme (AMF) sont des matériaux fonctionnels largement utilisés
dans les applications d’actionnement et de structures adaptatives, en raison de leur capacité à
subir des transformations de phase réversibles sous sollicitations mécaniques et thermiques.
Lorsqu’ils sont employés sous forme de couches minces, leur comportement thermomécanique
est fortement influencé par les contraintes géométriques et les conditions de chargement, ce qui
peut affecter de manière significative leurs performances fonctionnelles. La prédiction fiable
de ce comportement nécessite donc des approches de modélisation numérique dédiées et
robustes.
L’objectif principal de cette thèse est de développer un cadre numérique fiable pour prédire
le comportement thermomécanique des couches minces en alliages à mémoire de forme
soumises à des sollicitations mécaniques et thermiques. Ces structures sont largement utilisées
dans les micro-actionneurs, les MEMS et les systèmes adaptatifs, où une prédiction précise de
leur réponse est essentielle pour la conception et l’optimisation.
Cette thèse présente un cadre numérique pour l’analyse du comportement
thermomécanique de couches minces en alliages à mémoire de forme. Un modèle constitutif
thermodynamiquement cohérent est développé afin de décrire la pseudoélasticité induite par les
contraintes mécaniques ainsi que les effets de mémoire de forme activés thermiquement, en
tenant compte des mécanismes de transformation de phase à travers l’évolution de variables
internes.
Le modèle constitutif est d’abord implémenté dans des environnements numériques
indépendants utilisant MATLAB et Python. Ces implémentations offrent un cadre contrôlé et
flexible permettant la vérification numérique du modèle, l’analyse de sa réponse physique et la
réalisation de simulations autonomes sans recours à des logiciels commerciaux de calcul par
éléments finis. Cette étape permet une étude efficace de trajectoires de chargement
représentatives et facilite l’interprétation physique du comportement du matériau.
Le modèle numériquement vérifié est ensuite implémenté sous forme de sous-programme
utilisateur (UMAT) et intégré au logiciel de calcul par éléments finis Abaqus. Des simulations
bidimensionnelles en état de contrainte plane sont réalisées afin d’étudier la réponse des
couches minces en AMF sous chargements mécaniques et thermomécaniques. Une attention
particulière est portée aux chargements pseudoélastiques biaxiaux ainsi qu’à l’actionnement
thermoélastique sous contrainte mécanique.
Les résultats numériques obtenus grâce aux algorithmes développés concordent bien avec
les données expérimentales disponibles dans la littérature. De même, la simulation numérique
réalisée avec UMAT d'Abaqus, dans le cas unidimensionnel, a fourni de bons résultats en
comparaison avec les données expérimentales, validant et confirmant la fiabilité du modèle
développé.
Dans l’ensemble, ce travail aboutit à un cadre de calcul numériquement vérifié et
polyvalent, pouvant servir d’outil prédictif pour l’analyse et la conception de couches minces
en alliages à mémoire de forme soumises à des sollicitations thermomécaniques.