Unveiling the Softening Mechanisms and Exploring Strengthening Strategies in Nanograined Materials: Influence of Thermal Stability and Solute Effects

Le Doyen de la Faculté des Sciences et Techniques de Béni Mellal porte à la connaissance du public que Madame Soukaina ZOUAOUI, soutiendra une thèse de Doctorat intitulée : «Unveiling the Softening Mechanisms and Exploring Strengthening Strategies in Nanograined Materials: Influence of Thermal Stability and Solute Effects».

La soutenance publique aura lieu le Samedi 10 Octobre 2026 à 10h30 à la Faculté Polydisciplinaire, Université Sultan Moulay Slimane, Khouribga, devant le jury composé de :

• Monsieur BENCHEKROUN Driss : Professeur, Faculté des Sciences Ain Chock, Université Hassan II, Casablanca, Président ;

• Monsieur TOFAIL Syed : Professeur, Faculté des Sciences et de l'Ingénierie, Université de Limerick, Ireland, Rapporteur ;

• Monsieur LAKRAD Faouzi : Professeur, Faculté des Sciences Ain Chock, Université Hassan II, Casablanca, Rapporteur ;

• Monsieur MOUHIB Taoufiq : Professeur, Ecole Nationale des Sciences Appliquées, Université Hassan I, Berrechid, Rapporteur;

• Monsieur CHARAFI Moulay Mustapha : Professeur, Faculté Polydisciplinaire, Université Sultan Moulay Slimane, Khouribga, Examinateur ;

• Monsieur HASSANI Abdessamad : Maître de Conférences Habilité, Faculté Polydisciplinaire, Université Sultan Moulay Slimane, Khouribga, Co-directeur de thèse ;

• Monsieur Hasnaoui Abdellatif : Professeur, Faculté des Faculté Polydisciplinaire, Université Sultan Moulay Slimane, Khouribga, Directeur de thèse.

Résumé: 

Cette thèse vise à élucider les mécanismes de durcissement et d’adoucissement gouvernant la réponse mécanique des matériaux métalliques nanocristallins, en mettant l’accent sur les rôles couples de la stabilité thermique et des effets de soluté. L’étude s’appuie sur des simulations de dynamique moléculaire à grande échelle et porte sur deux classes représentatives de systèmes : des métaux cubiques à faces centrées nanocristallins purs (Al et Cu) et des alliages à haute entropie FeNiCrCoCux nanocristallins multi composants, élaborés par trempe rapide à partir de l’état liquide.

La première partie examine l’effet du recuit thermique sur les métaux nanocristallins Al et Cu.

Les résultats mettent en évidence une évolution non monotone des propriétés mécaniques, résultant de la compétition entre relaxation structurale des joints de grains et croissance granulaire. A des conditions de recuit modérées, la relaxation des joints de grains, associée à la réduction du volume libre et à l’annihilation des défauts, conduit à un durcissement. En revanche, a des températures ou des durées de recuit enlevées, l’activation de la diffusion intergranulaire, la migration des joints de grains et le grossissement granulaire induisent un adoucissement marque. Cette transition est quantifiée à travers l’analyse du comportement en traction, de la diffusion aux joints de grains, de la rotation granulaire et de l’activité des dislocations.

La seconde partie se concentre sur l’influence de la teneur en Cu dans les alliages à haute entropie FeNiCrCoCux nanocristallins obtenus par trempe rapide. Les simulations montrent que le Cu agit comme un paramètre de contrôle de la réponse en déformation. A faible concentration, le Cu induit un durcissement par solution solide en augmentant la résistance au mouvement des dislocations. Au-delà d’une composition critique, la ségrégation hors équilibre du Cu aux joints de grains, l’émergence d’un ordre chimique à courte portée et la modification des énergies de défaut d’empilement généralisées favorisent un affaiblissement interfacial et un comportement adoucissant. Un seuil de transition clair entre durcissement et adoucissement est ainsi identifié, étroitement lie à l’hétérogénéité chimique locale et a la plasticité dominée par les interfaces.

Globalement, ce travail démontre que les performances mécaniques des matériaux nanocristallins sont gouvernées par deux voies concurrentes et complémentaires : (i) une voie thermique, contrôlée par la compétition entre relaxation des joints de grains et croissance granulaire, et (ii) une voie chimique, régie par l’équilibre entre durcissement par solution solide et affaiblissement induit par la ségrégation. Ces résultats fournissent un cadre physiquement fonde pour la conception de matériaux nanocristallins et d’alliages à haute entropie combinant stabilité thermique et performances mécaniques optimisées pour des applications structurales avancées.

Mots clés: Matériaux nanocristallins ; alliages à haute entropie (AHE) ; dynamique moléculaire ; relaxation des joints de grains ; croissance granulaire ; durcissement par solution solide ; ségrégation des solutés ; stabilité thermique ; Energie de défaut d’empilement généralisée (GSFE); plasticité interfaciale.