Endommagement et durabilité (ENDO)

Chercheurs et enseignants-chercheurs

Sylvie CASTAGNET

Responsable d'équipe

Tél: +33 5 49 49 82 26

Chercheur associé :

Post-doctorants :

Doctorants :

(2015->)

(2016->)

(2017->)

(2018->)

 

Participation à des projets contractuels :

 

Activités de recherche

L’activité de l’axe ENDO est centrée sur la mécanique des matériaux et des structures dédiés en particulier aux domaines des transports – essentiellement aéronautiques – et de l’énergie. La méthodologie d’approche de ces sujets scientifiques suit l’enchaînement : Essais représentatifs – Analyse microstructurale –Formulation d’hypothèses/lois de comportement –identification – simulation numérique – retour vers les essais.

Les objectifs scientifiques sont :

– l’amélioration de la connaissance du comportement et de prévision de la durabilité des matériaux dans des conditions proches des conditions d’usage (chargements cycliques, températures variables, chocs, agression de l’environnement par oxydation ou via l’humidité ou des gaz fragilisants),

– l’amélioration des matériaux en proposant aux élaborateurs des pistes d’optimisation des microstructures ou en étudiant de nouveaux matériaux (Phases Max, Ecomateriaux de nouvelle génération, intermétalliques élaborés par frittage flash, fabrication additive),

– l’amélioration de la connaissance des matériaux utilisés dans des situations aux limites de leurs capacités. Comprendre les mécanismes d’endommagement qui dégradent leurs propriétés et quantifier les risques encourus sont des informations essentielles pour les ingénieurs qui conçoivent et optimisent les structures.

Ces objectifs répondent à des besoins sociétaux induits très important, puisque ce savoir est un préalable a l’allégement des structures mobiles et donc de leur consommation énergétique. L’élargissement des domaines d’utilisation des matériaux est aussi source d’innovation dans le domaine de l’énergie par exemple (réservoir et transport d’H2 et stockage de CO2) qui sont au coeur des changements de notre société.

Les travaux développés concernent des alliages métalliques structuraux (aciers, alliages de titane, superalliages base nickel mono et polycristallins,…) soumis à des chargements mécaniques (traction, fluage, fatigue, …) et de température (20°C - 1200°C) proches de leur usage. Ils visent à caractériser les processus élémentaires de déformation et des premiers stades d’endommagement (amorçage de fissures) en lien avec la microstructure du matériau aux échelles pertinentes. Il s’agit le plus souvent d’identifier les configurations microstructurales qui gouvernent la formation de microfissures avec pour objectif, soit d’émettre des propositions en vue de l’optimisation des alliages (liens forts avec les élaborateurs-forgerons / partenaires industriels), soit d’enrichir physiquement des modèles de comportement et d’endommagement.

Une part importante des études porte sur le développement expérimental d’essais mécaniques en température, sous environnement contrôlé (air, vide, …), in situ sous microscope (optique, MEB, MEB+EBSD) et d’une instrumentation adaptée (mesures de déformation à hautes températures, corrélation d’images numériques sous MEB, EBSD HR, ...). Les outils de microscopie sont au centre des caractérisations mises en œuvre à différentes échelles : Optique, MEB, EBSD (Orientation et désorientation locale, textures, …), EBSD HR (champ local de déformation), reconstruction 3D, … EDS (oxydation, défauts,…).

Les modèles développés s’appuient largement sur les outils de plasticité cristalline. Certains sont « physiquement enrichis » pour rendre compte des évolutions de microstructures à hautes T(°C) (superalliages monocristallins). D’autre part des simulations en champs complets sur microstructure sont réalisées à partir d’agrégats polycristallins obtenus par différentes méthodes (reconstruction 3D expérimentale, génération d’agrégats statistiquement représentatifs).

 

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Pour mener la part expérimentale de ces activités :

En parallèle, les recherches comportent un large volet numérique, avec des simulations et des développements d’outils spécifiques :

 

Ces travaux impliquent de nombreux partenariats, académiques et industriels, et permettent un important