• Langue : Français
• Discipline : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Identifiant : 2026ULILN002
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 20/01/2026

Résumé en langue originale

Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit ont été réalisés au Laboratoire de Mécanique, Multiphysique, Multiéchelle (LaMcube) à l'Université de Lille, en partenariat avec l'entreprise Decathlon. Dans le contexte de l'essor de la mobilité douce, la complexification géométrique des cadres de vélo, dans une optique à la fois écologique et de performance, a rendu critique la maîtrise des zones soudées, sièges d'une convergence de phénomènes locaux complexes.Ces travaux se concentrent sur l'étude des assemblages soudés en aluminium 6061/4043 avec traitement thermique T6 et sur les différents phénomènes impactant la tenue en fatigue de ces structures. L'objectif de ces travaux est le passage d'un modèle de dimensionnement macroscopique à la compréhension et à l'intégration des hétérogénéités locales. Cette thèse propose une méthodologie originale et pluridisciplinaire, allant du micro-mécanisme à l'échelle structurale. La démarche s'articule autour de campagnes expérimentales ciblées, associées à des modélisations numériques et à la mise en place d'un modèle d'intelligence artificielle.Après la mise en évidence des hétérogénéités locales au niveau des soudures, trois axes de travail sont présentés. Premièrement, l'évaluation des contraintes résiduelles dans les zones soudées par diffraction de rayons X a permis de conclure qu'elles ne représentent pas un facteur d'influence majeur sur la tenue des assemblages soudés dans le cas étudié au vu de leur faible amplitude.Ensuite, une campagne d'essais de micro-traction instrumentée en stéréo-corrélation d'images numériques a permis l'évaluation des champs cinématiques locaux dans les différentes zones de la soudure (métal de base, zone affectée thermiquement et cordon), mettant en évidence une forte variation de propriétés mécaniques entre métal de base et cordon. De plus l'étude des champs cinématique en surface révèle une variabilité et des localisations de déformations au sein même du cordon de soudure. Le couplage de ces champs avec un modèle par éléments finis et un réseau de neurones convolutifs a conduit à l'identification inverse des lois de comportement élastoplastiques locales pour chacune des trois parties de la soudure permettant la quantification des variations observées expérimentalement.Enfin, une campagne d'essais de fatigue multiaxiale représentative des chargements subis par les cadres de vélo au cours d'essais normatifs a permis de comprendre l'influence du type de chargement sur la durée de vie en fatigue, mais également sur les sites d'amorce de fissures. Deux séries de tests ont été réalisées sous différents chargements mettant en évidence des variations dans la durée de vie et dans les zones d'endommagement. Les différents résultats obtenus suggèrent au final une compétition complexe entre les variations de propriétés mécaniques, l'influence de la géométrie des cordons de soudure et le type de chargement pour la définition de la durée de vie et des zones d'endommagement.Ces travaux proposent donc, d'une part, une méthodologie innovante pour la caractérisation des assemblages hétérogènes, et d'autre part, une compréhension plus fine des différents phénomènes impactant la tenue en fatigue des cadres de vélo en aluminium.

Résumé traduit

The research presented in this manuscript was conducted at the Laboratory of Mechanics, Multiphysics, Multiscale (LaMcube) at the University of Lille, in partnership with Decathlon. In the context of the growing interest in sustainable mobility, the increasing geometric complexity of bicycle frames, driven by both ecological and performance objectives, has made the control of welded zones critical, as these areas are the convergence points of multiple complex local phenomena.This work focuses on the study of welded assemblies in 6061/4043 aluminum with T6 heat treatment, and on the various phenomena affecting the fatigue performance of these structures. The objective is to move from a purely macroscopic design model toward the understanding and integration of local heterogeneities. This thesis proposes an original, multidisciplinary methodology, spanning from micro-mechanical mechanisms to structural-scale behavior. The approach combines targeted experimental campaigns, numerical simulations, and the development of an artificial intelligence-based model.After highlighting local heterogeneities within the welds, three main research axes are presented. First, the evaluation of residual stresses in the welded zones using X-ray diffraction indicated that these stresses do not represent a major influence on the fatigue performance of the assemblies, given their low magnitude.Second, a series of instrumented micro-tensile tests coupled with digital image stereo-correlation enabled the characterization of local kinematic fields within the different weld zones (base metal, heat-affected zone, and weld bead), revealing significant variations in mechanical properties between the base metal and the weld bead. Moreover, the analysis of surface kinematic fields highlighted variability and localized deformations within the weld bead itself. The combination of these experimental fields with a finite element model and a convolutional neural network allowed for the inverse identification of local elasto-plastic constitutive laws for each weld zone, thereby quantifying the experimentally observed variations.Finally, a campaign of multiaxial fatigue tests, representative of the loads experienced by bicycle frames under standard testing conditions, was conducted to assess the influence of loading type on fatigue life as well as crack initiation sites. Two series of tests under different loading conditions revealed variations in both fatigue life and damage localization. Overall, the results suggest a complex interplay between mechanical property variations, weld geometry, and loading type in defining fatigue life and damage zones.These findings provide, on the one hand, an innovative methodology for characterizing heterogeneous welded assemblies, and on the other hand, a refined understanding of the various phenomena affecting the fatigue performance of aluminum bicycle frames.