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N dordre : 2011 EMSE 0595 THSE prsente par Anouar HALLOUMI pour obtenir le grade de Docteur de lcole Nationale Suprieure des Mines de Saint-tienne Spcialit : Science et Gnie des Matriaux Modlisation mcanique et thermique du procd de laminage asymtrique soutenue Saint-Etienne, le 17/01/2011 Membres du jury Prsidente : Brigitte BACROIX Directeur de recherche CNRS, LPMTM, Paris13 Rapporteurs : Patrick DENEUVILLE Eric FELDER Ingnieur de recherche, ALCAN Docteur s-Sciences, Matre de recherche, CEMEF, Mines-ParisTech Examinateur(s) : Edgar RAUCH Jean-Denis MITHIEUX Directeur de recherche CNRS, SIMAP, Grenoble Ingnieur de recherche, ArcelorMittal Stainless Europe Directeur(s) de thse : Christophe DESRAYAUD Frank MONTHEILLET Matre assistant, ENSMSE, Saint-Etienne Directeur de recherche CNRS, Saint-Etienne tel-00609219, version 1 - 18 Jul 2011Spcialits doctorales : Responsables : SCIENCES ET GENIE DES MATERIAUX MECANIQUE ET INGENIERIE GENIE DES PROCEDES SCIENCES DE LA TERRE SCIENCES ET GENIE DE LENVIRONNEMENT MATHEMATIQUES APPLIQUEES INFORMATIQUE IMAGE, VISION, SIGNAL GENIE INDUSTRIEL MICROELECTRONIQUE J. DRIVER Directeur de recherche Centre SMS A. VAUTRIN Professeur Centre SMS G. THOMAS Professeur Centre SPIN B. GUY Matre de recherche Centre SPIN J. BOURGOIS Professeur Centre SITE E. TOUBOUL Ingnieur Centre G2I O. BOISSIER Professeur Centre G2I JC. PINOLI Professeur Centre CIS P. BURLAT Professeur Centre G2I Ph. COLLOT Professeur Centre CMP Enseignants-chercheurs et chercheurs autoriss diriger des thses de doctorat (titulaires dun doctorat dtat ou dune HDR) AVRIL BATTON-HUBERT BENABEN BERNACHE-ASSOLANT BIGOT BILAL BOISSIER BOUCHER BOUDAREL BOURGOIS BRODHAG BURLAT COLLOT COURNIL DAUZERE-PERES DARRIEULAT DECHOMETS DESRAYAUD DELAFOSSE DOLGUI DRAPIER DRIVER FEILLET FOREST FORMISYN FORTUNIER FRACZKIEWICZ GARCIA GIRARDOT GOEURIOT GRAILLOT GROSSEAU GRUY GUY GUYONNET HERRI INAL KLCKER LAFOREST LERICHE LI LONDICHE MALLIARAS MOLIMARD MONTHEILLET PERIER-CAMBY PIJOLAT PIJOLAT PINOLI STOLARZ SZAFNICKI THOMAS TRIA VALDIVIESO VAUTRIN VIRICELLE WOLSKI XIE Stphane Mireille Patrick Didier Jean-Pierre Essad Olivier Xavier Marie-Reine Jacques Christian Patrick Philippe Michel Stphane Michel Roland Christophe David Alexandre Sylvain Julian Dominique Bernard Pascal Roland Anna Daniel Jean-Jacques Dominique Didier Philippe Frdric Bernard Ren Jean-Michel Karim Helmut Valrie Rodolphe Jean-Michel Henry George Grgory Jrme Frank Laurent Christophe Michle Jean-Charles Jacques Konrad Grard Assia Franois Alain Jean-Paul Krzysztof Xiaolan MA MA PR 1 PR 0 MR DR PR 1 MA PR 2 PR 0 DR PR 2 PR 1 PR 0 PR 1 IGM PR 1 MA PR 1 PR 1 PR 2 DR 0 PR 2 PR 1 PR 1 PR 1 DR MR MR MR DR MR MR MR DR PR 2 PR 2 DR CR CR CNRS EC (CCI MP) MR PR 1 MA DR 1 CNRS PR 2 PR 1 PR 1 PR 0 CR MR PR 0 MA PR 0 MR DR PR 1 Mcanique & Ingnierie Sciences & Gnie de l'Environnement Sciences & Gnie des Matriaux Gnie des Procds Gnie des Procds Sciences de la Terre Informatique Gnie Industriel Gnie Industriel Sciences & Gnie de l'Environnement Sciences & Gnie de l'Environnement Gnie industriel Microlectronique Gnie des Procds Gnie industriel Sciences & Gnie des Matriaux Sciences & Gnie de l'Environnement Mcanique & Ingnierie Sciences & Gnie des Matriaux Gnie Industriel Mcanique & Ingnierie Sciences & Gnie des Matriaux Gnie Industriel Sciences & Gnie des Matriaux Sciences & Gnie de l'Environnement Sciences & Gnie des Matriaux Sciences & Gnie des Matriaux Gnie des Procds Informatique Sciences & Gnie des Matriaux Sciences & Gnie de l'Environnement Gnie des Procds Gnie des Procds Sciences de la Terre Gnie des Procds Gnie des Procds Microlectronique Sciences & Gnie des Matriaux Sciences & Gnie de l'Environnement Mcanique et Ingnierie Microlectronique Sciences & Gnie de l'Environnement Microlectronique Mcanique et Ingnierie Sciences & Gnie des Matriaux Gnie des Procds Gnie des Procds Gnie des Procds Image, Vision, Signal Sciences & Gnie des Matriaux Sciences & Gnie de l'Environnement Gnie des Procds Microlectronique Sciences & Gnie des Matriaux Mcanique & Ingnierie Gnie des procds Sciences & Gnie des Matriaux Gnie industriel CIS SITE CMP CIS SPIN SPIN G2I G2I DF SITE SITE G2I CMP SPIN CMP SMS SITE SMS SMS G2I SMS SMS CMP CIS SITE SMS SMS SPIN G2I SMS SITE SPIN SPIN SPIN SPIN SPIN CMP SMS SITE SMS CMP SITE CMP SMS SMS SPIN SPIN SPIN CIS SMS SITE SPIN CMP SMS SMS SPIN SMS CIS Glossaire : Centres : PR 0 PR 1 PR 2 MA(MDC) DR Ing. MR(DR2) CR EC IGM Professeur classe exceptionnelle Professeur 1re catgorie Professeur 2me catgorie Matre assistant Directeur de recherche Ingnieur Matre de recherche Charg de recherche Enseignant-chercheur Ingnieur gnral des mines SMS SPIN SITE G2I CMP CIS Sciences des Matriaux et des Structures Sciences des Processus Industriels et Naturels Sciences Information et Technologies pour lEnvironnement Gnie Industriel et Informatique Centre de Microlectronique de Provence Centre Ingnierie et Sant Dernire mise jour le : 9 mars 2010 tel-00609219, version 1 - 18 Jul 2011Remerciements A la fin de ces trois annes de travaux, il me reste le plus agrable faire : remercier les personnes qui ont contribu mindiquer les questions essentielles, les directions prendre, ventuellement les destinations atteindre, mais aussi celles que jai eu le plaisir de ctoyer quotidiennement. Je souhaite tout dabord exprimer ma reconnaissance Frank Montheillet et Christophe Desrayaud mes directeurs de thse, qui ont bien voulu maccorder leur confiance pour effectuer ces travaux. Ils se sont montrs, chacun sa manire, soucieux du bon droulement de ceux-ci et ont toujours t disponibles pour en discuter. Sans leurs encouragements, ces travaux auraient t sans doute moins aboutis. Je tiens galement remercier Eric Felder, de CEMEF Mines ParisTech, et Patrick Deneuville, de ALCAN, qui ont accept dtre les rapporteurs de cette thse, ainsi que les autres membres du jury, Brigitte Bacroix, de LPMTM, Paris13 Jean-Denis Mithieux, de ArcelorMittal Stainless Europe et Edgar Rauch, de SIMAP, Grenoble qui a bien voulu assurer la prsidence du jury ; je len remercie. David Piot sest intress ces travaux tout au long de leur droulement. Quil trouve mes sincres remerciements pour ses conseils aviss, ses apprciations et son encadrement pour la partie texture. Parmi toutes les personnes avec jai eu loccasion de discuter de manire informelle au cours de ces annes, je tiens adresser des remerciements particuliers Michel Darrieulat et Cdric Bosch. Par ailleurs, je ne remercierai jamais assez . A mes parents, Sans qui je ne serai pas l aujourdhui. Tout ce que jai accompli dans ma vie, cest grce Allah et vous, votre soutien, votre amour et vos sacrifices. Merci infiniment A mon oncle Taieb, Tu es mon exemple de courage, tes encouragements incessants me donnent des ailes. Merci beaucoup A mes grand-parents Votre soutien et votre amour font ma force. Vous avez toujours veill sur moi et mavez toujours conseill. Merci pour votre amour ternel A mes surs A mes surs pour leur prsence et leur soutien. Ainsi que pour les petits anges un gros bisou tel-00609219, version 1 - 18 Jul 2011A toute ma famille Pour toute ma famille, qui ma soutenu sans faillir pendant ces trois annes, et tout le long de ma thse. Un grand merci A toute ma belle famille Je rserve un remerciement tout spcial toute ma belle famille, qui ma soutenu le long des derniers moments. Et a Sarrourti qui ma apport encore bien plus, je lui tmoigne ici ma profonde gratitude. Ces annes stphanoises resteront un priode heureuse sur le plan personnel, notamment grce au groupe damis avec qui jai partag de trs bons moments mon arriv : Walid, Quentin, Nabil, Olivier, Adeline, ... auxquels se sont joints au fur et mesure des annes Fethi, Yamin, Nedjoua, Christophe, Mlanie, JB, Grgoire, et tous les autres sans oubli toute lquipe de Nature Orientation Saint-Etienne. Toutes ces personnes mont enrichi. Merci enfin tous ceux que jai peut-tre oubli en esprant quils ne men tiendront pas rigueur. tel-00609219, version 1 - 18 Jul 2011 iii Table des matires Table de matires iii Table des figures et des tableaux vi Notations xiv Introduction gnrale xv I. Synthse bibliographique..... 1 I.1 Procd du laminage asymtrique (ASR) .. 3 I.1.1 Prsentation du procd 3 I.1.2 Laminage froid et Laminage chaud ......... 4 I.1.3 Aspect mtallurgique.. 6 I.1.4 Dfauts de laminage ...... 8 I.2 Modlisation numrique de laminage : mthodes de calcul . 10 I.2.1 Mthode de lnergie de dformation ... 10 I.2.2 Mthode des tranches .... 10 I.2.3 Mthode de la borne suprieure .... 11 I.2.4 Mthode des lignes dcoulement . 12 I.2.5 Prise en compte des aspects thermiques .... 13 I.2.6 Mthode des diffrences finies .. 15 I.2.7 Mthode des lments finis ... 18 I.3 Modlisations et tudes exprimentales du laminage asymtrique ..... 20 I.3.1 Modlisations mcanique .. 20 I.3.2 Modlisation thermique . 25 I.3.3 Etudes exprimentales ... 26 I.4 Texture du laminage .... 28 I.4.1 Gnralits . 28 I.4.2 Reprsentation et Simulations des textures de laminage .. 28 I.4.3 Investigations des textures de laminage .... 32 Conclusions du chapitre I .. 37 tel-00609219, version 1 - 18 Jul 2011 iv II. Modlisation mcanique 39 II.1 Mthode du champ uniforme .... 41 II.1.1 Gomtrie et cinmatique ......... 41 II.1.2 Dformations et vitesses de dformation .. 43 II.1.3 Puissance dissipe . 45 II.1.4 Couples de laminage . 47 II.1.5 Rsultats ........ 48 II.2 Mthode des trajectoires (lignes dcoulement) ... 56 II.2.1 Gomtrie