Analyse des effets de taille en nanoindentation basé sur la dynamique des dislocations et la plasticité cristalline

This thesis deals with experiments and simulations of nanoindentation in copper single crystals. Indentation experiments are performed with different orientations of the indentation axis and both the load-displacement curve and the surface imprint observed by atomic force microscopy are analysed and compared. Indentation size effect is observed for low penetration of the indenter. Simulations are then performed using crystal plasticity finite element modelling. ABAQUS user subroutines are specially developed in order to account for the physics of dislocation activity in the twelve glide systems of copper crystals. 3D simulations are then performed and comparisons with the experiments give access to key parameters of the constitutive equations. The indentation size effect is reproduced using a simplified size effect theory implanted in the finite element modelling. Finally, a multiscale approach based on discrete dislocation dynamics is used to reproduce (111) indentations of copper single crystals. Molecular dynamics simulations give details of dislocation nucleation beneath the indenter. Dislocation dynamics simulations are then performed and the indentation size effect is addressed.Cette thèse traite d'expériences et de simulations de nanoindentation dans des monocristaux de cuivre. Les expériences d'indentation sont exécutées avec différentes orientations de l'axe d'indentation. La courbe de déplacement de charge et l'empreinte superficielle observée par la microscopie à force atomique sont analysées et comparées. L'effet de taille est observé pour de faible pénétration de l'indenter. Les simulations sont alors exécutées par modélisation de type éléments finis de la plasticité. Des sous-programmes utilisateurs d'ABAQUS sont développés pour représenter la physique de l'activité des dislocations dans les douze systèmes de glissement des cristaux de cuivre. Des simulations 3D sont alors exécutées et les comparaisons avec les expériences permettent de déterminer les paramètres clés des équations constitutives. L'effet de taille est reproduit en utilisant une théorie d'effet de taille simplifiée implantée dans le modèle en éléments finis. Finalement, une approche multiéchelle basée sur la dynamique discrète des dislocations est utilisée pour reproduire les indentations (111) des monocristaux de cuivre. Les simulations de dynamique moléculaire permettent de détailler la nucléation des dislocations sous l'indenteur. Les simulations de dynamique moléculaire sont alors effectuées et les effets de tailles de l'indenteur sont analysés