La recristallisation dynamique dans les matériaux anisotropes : caractérisation et modélisation dans la glace polycristalline

Ice is an hexagonal material in which deformation mainly occurs by dislocation glide along the basal plane conferring a strong viscoplastic anisotropy to the single crystal. Hence, during polycrystalline ice deformation the incompatibility between grains lead to highly heterogeneous strain. During ice creep at high temperature, dynamic recrystallisation occurs, leading to the development of a new microstructure and strong recrystallisation textures.These new microstructure and texture increase the ductility of the material. The aims of this study is to investigate dynamic recrystallisation mechanisms and their links with strain heterogeneities to better understand the development of these microstructure and texture.Creep experiments are carried out in conditions where dynamic recrystallisation is important (T > 0.95T f and 0.5 0.95T f et 0.5 < σ < 1 M P a). Deux types de polycristaux sont étudiés : la glace granulaire, considérée comme un volume élémentaire représentatif, qui permet d’appréhender d’un point de vue statistique l’impact de la recristallisation sur le développement des microstructures et des textures ; et la glace colonnaire, qui permet d’étudier les différents mécanismes de germination et leurs liens avec les hétérogénéités de déformation à l’échelle inter et intra-granulaire. Les outils de caractérisation utilisés sont la mesure in situ de l’évolution du champ de déformation par corrélation d’images numériques et la caractérisation des microstructures et des textures pré- et post- déformation par mesure optique et Electron BackScatter Diffraction (EBSD).Étant donné les fortes hétérogénéités de déformation, les mécanismes de recristallisation dynamique continue et discontinue sont actifs au cours de la déformation. La formation de sous-joints de grains, la germination par gonflement (bulging), où la migration de joints de grains ont été mises en évidence. Des germes fortement désorientés par rapport aux grains parents ont également été observés. Ces observations impliquent un mécanisme de germi- nation différent de ceux mentionnés ci-dessus. De plus, les dislocations géométriquement nécessaires composants les sous-joints de grains ont été caractérisées à l’aide du tenseur de Nye extrait des mesures EBSD. Cela a permis d’observer des sous-structures de dislocations composées de dislocations c. Ces dislocations c étaient jusqu’alors très rarement observées et seulement dans des conditions très spécifiques.Une forte corrélation entre les hétérogénéités de déformation et les mécanismes de recristallisation a été mise en évidence grâce aux mesures de champs de déformation. Les mécanismes de recristallisation se concentrent dans les zones où la déformation est importante et ont tendance à réduire les hétérogénéités de déformation. De plus, ces bandes de déformation, où la recristallisation est active, sont orientées à environ ±45° et ont une dimension supérieure à la taille moyenne des grains, ce qui montre une organisation des hétérogénéités de déformation et de contrainte à grande distance.Un modèle théorique pouvant contraindre l’orientation des germes crées par la germination spontanée est proposé. Ce modèle, basé sur la relaxation de l’énergie élastique, du fait de l’anisotropie élastique du mono-cristal de glace, permettrait de favoriser les cristaux dont l’axe c est aligné avec la direction de la contrainte principale locale. Cette étude a été complétée par des expériences numériques, basées sur un modèle à champ complet et une loi de plasticité cristalline élasto-viscoplastique qui permet de reproduire les hétérogénéités de déformation et de contrainte. Ces expériences numériques ont montré que ce mécanisme de germination orienté pourrait permettre d’expliquer le développement des textures de recristallisation