Détermination des propriétés mécaniques et des lois de comportement en fluage par indentation instrumentée

par Johnny Angel Mendoza Delgado

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Jacky Lesage, Alberto David Pertuz et de Didier Chicot.

Soutenue le 26-11-2009

à Lille 1 en cotutelle avec l'Universidad central de Venezuela .


  • Résumé

    Le développement de nouveaux matériaux nécessite la détermination de leurs propriétés mécaniques aux échelles macro, micro et nanométrique. Parmi les méthodes expérimentales les plus courantes, l’essai d’indentation instrumentée permettant de déterminer le module d’élasticité et la dureté du matériau à toutes ces échelles de mesure est sans doute le plus utilisé. Cependant, les valeurs obtenues en micro et en nanoindentation sont souvent en apparente contradiction. Cela a conduit de nombreux auteurs à s’interroger sur la validité des mesures expérimentales, sur l’identification des processus physiques mis en jeu lors de l’enfoncement de l’indenteur ou encore sur la pertinence des propriétés mesurées et des échelles de mesure. Sans prétendre étudier tous les aspects de manière exhaustive ce problème complexe, nous proposons cependant quelques pistes de réflexions en particulier sur le passage nano/micro en dureté. Sur la base de la théorie du gradient de plasticité développé par Nix et Gao, nous définissons un facteur d’échelle qui relie certaines données expérimentales à des propriétés fondamentales du matériau. Nous montrons également que ce facteur d’échelle, capable de caractériser la résistance à la déformation plastique, peut donner des informations complémentaires pour étudier le comportement des matériau soumis à différentes conditions d’indentation. Dans une deuxième partie, nous étudions le fluage par indentation comme une alternative aux essais classiques de fluage qui durent généralement plusieurs mois. Même si le résultat ne répond pas complètement aux objectifs fixés, nous montrons qu’un modèle rhéologique adapté permet de retrouver le module d’élasticité et de calculer un coefficient de viscosité à température ambiante du matériau.

  • Titre traduit

    Mechanical properties determination and creep behavior by depth-sensing indentation


  • Résumé

    Development of new materials often requires the determination of their mechanical properties at macro, micro and nanometric scales. Among the usual experimental methods, the depth-sensing indentation test allowing determining the elastic modulus and the hardness of the material over all the scales of measurement is probably the most employed. However, the values obtained in nano and microindentation ranges are in apparent contradiction. As a consequence, numerous authors have some questioning on the validity of the experimental data, on the identification of the physical phenomenon taking place during the indenter penetration, on the pertinence of the mechanical properties and on the scales of measurement. Without pretending to study exhaustively all the aspects of this complex problem, we can propose some paths for further research in particular on the comparison between nano and microhardness. Starting from the strain gradient plasticity theory developed by Nix and Gao, we defined a hardness length-scale factor which allows connecting some experimental data to fundamental properties of the material. We also show that this factor, able to represent the plastic deformation resistance, can give additional information to study the mechanical behavior of materials submitted to various indentation conditions. In a second part, we study creep by indentation as an alternative method to the usual creep test which generally requires some months of testing. Even if the result does not agree well with this objective, we show that a rheological model can be helpful to determine the elastic modulus and to calculate the coefficient of viscosity at room temperature of the material.


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