Le grenaillage est un procédé de traitement de surface consistant à projeter des billes métalliques à la surface d'un matériau à haute vitesse. Ce procédé est couramment utilisé dans l'industrie pour améliorer la durée de vie en fatigue des pièces traitées via l'augmentation de leur dureté en sous-surface et l'introduction de contraintes résiduelles de compression.

Il est aujourd'hui possible de prédire ces contraintes résiduelles à l'échelle d'un grand nombre de grains sur des pièces à géométrie complexe en tenant compte aussi bien du comportement du matériau que de la cinétique des billes. Très peu de travaux ont cependant tenté de prédire les variations intragranulaires de ces contraintes, le temps de calcul requis étant important et les champs prédits étant difficiles à valider expérimentalement. Or, ces variations locales peuvent influencer la durabilité du procédé ainsi que l'amorçage et la propagation de microfissure en fatigue.

Les modèles de plasticité cristalline par éléments finis (CPFE) sont de plus en plus utilisés afin d'étudier l'influence de la microstructure et des variations intragranulaires des contraintes résiduelles induites par le procédé. Cependant les lois de comportement utilisées ne tiennent en général pas compte des hautes vitesses de déformation impliquées par le procédé, celles-ci pouvant atteindre 1 000 000 s-1. En effet, d'une part, les paramètres des lois utilisées sont le plus souvent identifiés via des essais de barre d'Hopkinsons, aux alentours de 1000 s-1. D'autre part, cette identification nécessite des essais représentatifs du comportement cristallin, tels que la nanoindentation, la compression de micropiliers (microcompression) ou encore la corrélation d'image numérique à l'échelle de quelques grains d'un polycristal.

Les travaux présentés ici ont deux objectifs : (1) sélectionner une loi de plasticité cristalline pouvant tenir compte du large intervalle de vitesse de déformation impliqué par le procédé et (2) développer une méthodologie d'identification des paramètres de cette loi pour l'intervalle de vitesse visé. Nous proposons pour cela une nouvelle méthodologie basée sur des essais de microcompression pouvant atteindre des vitesses de déformation de 1000 s-1, réalisés à l'aide d'un nouveau dispositif in-situ.

La robustesse de la méthode d'identification proposée a dans un premier temps été étudiée par l'identification de matériaux « virtuels ». Un indice d'identifiabilité issu de la littérature a permis d'estimer l'unicité et la stabilité de la solution du problème, suivant le jeu de coefficients identifié. Cette première étude a été appuyée par le tracé des variations de la fonction coût du problème. La méthodologie proposée a ensuite été mise en œuvre pour identifier la loi étudiée sur des essais de microcompression effectués sur un échantillon de cuivre polycristallin.

Les premiers résultats montrent que les coefficients de la loi d'écrouissage du matériau sont difficiles à identifier en utilisant uniquement la courbe force-déplacement des essais de microcompression. Cependant, l'information contenue dans ces courbes semble suffisante pour identifier les paramètres décrivant la dépendance à la vitesse de déformation du matériau, sur des essais à différentes vitesses. Ces coefficients ont donc pu être identifiés sur les résultats expérimentaux. Le modèle obtenu parvient à reproduire qualitativement la dépendance à la vitesse de déformation du matériau étudié.

Les perspectives de ce travail sont de combiner les essais de microcompression à des essais d'indentation Berkovitch pour permettre une identification totale des paramètres de la loi de comportement. Ces observables seront par ailleurs combinés à des essais faisant intervenir des vitesses de déformations plus proche de celles du grenaillage. Enfin, l'utilisation de lois permettant de décrire le comportement du matériau sur une plus large gamme de vitesse de déformation est envisagée.