Pôle thématique de recherche 2

MEHTA                                                   

Développement de méthodes de caractérisation à hautes températures des métaux solides et liquides 

Référent : Mickaël Courtois

L’équipe MEHTA développe depuis 2015 des dispositifs de caractérisation des propriétés thermophysiques et mécaniques des métaux à l’état liquide et à haute température. Ces dispositifs visent à étudier, sur la plage de température 500 °C - 3500 °C, la masse volumique, la tension de surface (et effet Marangoni), la viscosité, la capacité thermique, la diffusivité thermique, les propriétés radiatives, métallurgiques, mécaniques et de contact. Ces propriétés sont mesurées, notamment par des dispositifs de lévitation aérodynamique développés à l'IRDL, équipés d’instrumentation dédiée: caméras rapides (visible, IR), pyrométrie, micro-thermocouples, spectrométrie, .... La caractérisation des propriétés physiques s’appuie sur l’estimation de paramètres par méthodes inverses. Cet axe est étroitement lié avec l’axe Modélisation multiphysique des procédés hautes températures pour les données d’entrée matériaux ou la validation des modèles.

Modélisation multiphysique des procédés hautes températures

Référent : Stephen Cadiou

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Deux grandes familles de modèles numériques sont développés. La première vise à mieux comprendre les interactions entre les sources de chaleur (laser, arc électrique...) et le bain de métal fondu. Ces phénomènes, soumis à de fortes instabilités, peuvent être à l'origine de défauts tels que la formation de porosités. La seconde s'appuie sur les champs de température simulés et sur des lois de comportement des matériaux afin de prédire les évolutions microstructurales, les déformations ainsi que les contraintes résiduelles générées au cours des procédés. Les travaux portent principalement sur les aciers et les alliages d’aluminium, dans des domaines du soudage, de la fabrication additive et des traitements thermiques, notamment la trempe. Ces modèles de connaissance, développés en partenariat avec les industriels, intègrent les principaux phénomènes physiques mis en jeu afin d'améliorer la compréhension et la maitrise des procédés. Ils constituent de véritables outils d'aide à la décision pour optimiser les paramètres de fabrication, améliorer les procédés et concevoir des assemblages ou des pièces traitées offrant de meilleures performances.

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Compréhension multi-physique du comportement des interfaces métal/polymère :

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 Jusqu’à présent très orientée sur une approche macroscopique, l’analyse du comportement des adhésifs et des interfaces des assemblages collés peut être abordée à des échelles plus fines avec des techniques d'analyse et d'observation adaptées. De ce point de vue, une attention particulière est notamment apportée à l’influence, sur le comportement de l’assemblage collé, de défauts apparus lors de la phase de polymérisation (porosités…) et des mécanismes associés à l’adhésion. Il est ainsi question d’identification quantitative (nombre et distribution) à l’aide de mesures par micro-tomographie aux rayons X ou par MEB ainsi que l’étude de l’évolution de ces propriétés en fonction de sollicitations mécaniques multiaxiales ou de vieillissement.

Fissuration des assemblages collés sous sollicitations dynamiques et complexes :

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L’analyse des conditions d’amorçage mais aussi de propagation de décohésions au sein des assemblages collés est importante car elle permet de proposer une démarche de justification de la tenue mécanique des liaisons de type tolérance au dommage. A ce titre le PTR2 justifie déjà d’une expérience forte dans ce domaine et renforce aujourd’hui cette activité sur une plus large gamme de chargements d’un point de vue : sollicitations multiaxiales et mixité modales ainsi que les effets de vitesse et dynamiques. D’autre part, sur le volet durabilité l’équipe étudie l’influence de la mixité modale sur la propagation lente des décohésions sous sollicitations stationnaires (fluage) et de récentes collaborations industrielles ont amené à à s’intéresser à l’adhésion molle (colle silicone, élastomères…) qui nécessite des approches spécifiques différentes de celles employées pour des adhésifs structuraux.