Contribution à la modélisation théorique et numérique des essais d'indentation et de rayure

En raison de leurs facilites de mise en oeuvre et de leurs caracteres non destructifs, les essais d'indentation et de rayure sont depuis longtemps utilises pour caracteriser la rheologie des materiaux en surface et les proprietes mecaniques des interfaces. Malgre leurs apparentes simplicites, l'interpretation mecanique des resultats d'un point de vue theorique est relativement complexe. L'objectif de ce travail est d'ameliorer notre comprehension de ces essais par l'intermediaire de modelisations analytiques simplifiees et de simulations numeriques par elements finis. La premiere partie porte sur l'essai d'indentation. Une solution approchee de l'indentation conique des solides elastoplastiques classiques est proposee et verifiee a l'aide de simulations numeriques. Les cas des solides a comportement dependant du temps, viscoelasticite et elasto-viscoplasticite, sont ensuite traites et une extension de la solution elastoplastique a ce type de rheologie est alors proposee. Une application experimentale sur l'identification de la rheologie locale du polymethacrylate de methyle (PMMA) par nanoindentation instrumentee est presentee. La seconde partie porte sur l'essai de rayure. Un algorithme de remaillage developpe pour la simulation numerique de la rayure de materiaux massifs et revetus est decrit. Celui-ci est ensuite utilise pour qualifier la reponse des materiaux en rayure en fonction de leur rheologie (ecrouissage, viscoelasticite,. . . ). Nous appliquons ensuite les resultats precedents pour ameliorer notre comprehension du probleme de l'usure des crayons de grappe en centrale nucleaire. Finalement, nous concluons sur l'apport de la modelisation numerique a la resolution des problemes de mecanique des surfaces.