Comportement en fatigue de l'acier martensitique T91 à 300°C dans l'eutectique plomb-bismuth liquide

The subject of this thesis aims at looking further into current knowledge on the interactions solid metal/molten metal and more particularly to study the fatigue behaviour of martensitic steel T91 in a liquid lead-bismuth environment. This study lies with the European project MEGAPIE-TEST (MEGAwatt PIlot Experiment) which aims to prove the feasibility of a lead-bismuth spallation target.We developed an experimental set-up which allowed fatigue tests experiments at 300°C in the lead-bismuth eutectic (Pb 45%w, Bi 55%w). This eutectic contributes to decrease the fatigue life of the T91 steel and to increase the speed of cracking. The lead-bismuth eutectic changes the mechanisms of nucleation-growth of the short cracks through a suppression of effectiveness of the microstructural barriers. A change in the mode of cracking was also observed in the fatigue tests propagation when the crack tip is wet by the molten metal. We think that the molten metal modifies the crack tip by locating the plastic deformation.However, the harmful effect of the molten metal on the fatigue behaviour of material attenuates for low levels of stress and a pre-oxidation of the surface of material seems a promising way to explore to improve the fatigue resistance in the molten metal.; Le sujet de thèse vise à approfondir les connaissances actuelles sur les interactions métal solide / métal liquide et plus particulièrement à étudier le comportement en fatigue de l'acier martensitique T91 dans un environnement de plomb-bismuth liquide. Ce sujet s'inscrit dans le cadre du projet MEGAPIE (MEGAwatt PIlot Experiment) qui veut démontrer la faisabilité d'une cible de spallation en plomb-bismuth liquide.Nous avons développé un dispositif expérimental qui a permis la réalisation d'essais de fatigue oligocyclique et de fatigue propagation à 300°C dans l'eutectique plomb-bismuth (Pb 45%masse, Bi 55%masse). Ce milieu contribue à diminuer la durée de vie en fatigue oligocyclique de l'acier T91 et augmenter la vitesse de fissuration. La présence de l'eutectique Pb-Bi modifie les mécanismes de germination-croissance des fissures courtes , notamment en supprimant l'efficacité des barrières microstructurales. Un changement du mode de fissuration a également été observé lors des essais de fatigue propagation lorsqu'il y a mouillage du front de fissure par le métal liquide. Nous pensons que le métal liquide modifie l'activité du fond de fissure en localisant la déformation plastique.Toutefois, l'effet néfaste du métal liquide sur le comportement en fatigue du matériau s'atténue pour des niveaux de déformations faible et nous montrons également qu'une pré-oxydation de la surface du matériau semble une voie à explorer pour l'amélioration de la tenue en fatigue dans un métal liquide.