Créé par la Fédération pour l’Enseignement et la Recherche sur la Métallurgie (FERMI), le prix Master FERMI distingue chaque année un(e) étudiant(e) de niveau master pour la qualité scientifique et l’originalité de ses travaux dans le domaine de la métallurgie et des matériaux. La fédération FERMI rassemble les principaux acteurs académiques et industriels de la métallurgie en France, avec pour mission de renforcer les liens entre recherche, enseignement et applications industrielles. Ce prix vise ainsi à valoriser les jeunes talents qui contribuent au développement de solutions innovantes pour la conception, la caractérisation et la modélisation des matériaux.
Ce travail porte sur la digitalisation d’un matériau fortement hétérogène : les aciers ségrégés dans les pièces forgées de grande dimension utilisées dans l’industrie nucléaire. Un jumeau numérique a été développé dans le but de caractériser le comportement mécanique d’un acier présentant des hétérogénéités mésoscopiques en concentration d’éléments d’alliage, appelées ségrégations. Ceci a été réalisé en élaborant une stratégie innovante de dialogue entre expérimentations et simulations numériques. Pour ce faire, des éprouvettes de traction de très faible épaisseur ont préalablement été soumises à une attaque chimique au Nital, révélant le niveau de ségrégation qui apparaît comme un niveau de gris optique en surface. Ces hétérogénéités mésoscopiques sont ensuite caractérisées et numérisées spatialement dans le volume de l’éprouvette (1). Des essais de traction, instrumentés et couplés à un suivi par corrélation d’images numériques (DIC), ont permis d’extraire les champs de déformation hétérogène associés à chaque essai (2). D’autre part, la méthode des éléments finis (EF) a été utilisée pour simuler le comportement mécanique hétérogène des éprouvettes de traction, les paramètres de la loi de comportement élasto-plastique étant supposés variables dans l’espace, et indexé sur le niveau de ségrégation locale (3). Après avoir transféré les champs de ségrégation sur les éprouvettes numériques, il a été possible de comparer les champs de déformation expérimentaux et les champs de déformation simulés (4). Cette comparaison a permis d’identifier la relation entre les paramètres de la loi de comportement du modèle EF et le niveau de ségrégation local du matériau, en faisant appel à un algorithme d’optimisation cherchant à minimiser l’écart entre les champs de déformation simulés et expérimentaux (5).L’ensemble de ce travail a ainsi abouti à la conception d’un jumeau numérique performant permettant d’identifier et de simuler le comportement mécanique d’aciers ségrégés afin de reproduire les résultats expérimentaux. La méthodologie développée durant ce stage peut être étendue plus largement à d’autres matériaux présentant des hétérogénéités locales à l’échelle mésoscopique.
Julien a réalisé son stage au Centre des Matériaux sous la responsabilité de Pierre Kerfriden, Jacques Besson, Basile Marchand, Régis Kenko, Eric Andrieu (CIRIMAT) et Pierre Joly (Framatome). Il est ingénieur ENSIACET et poursuit actuellement sa formation par la recherche à l’IRCP Chimie ParisTech.
Henry Proudhon, chercheur au Centre des Matériaux (CMAT) de Mines Paris – PSL, sera honoré par le prix David Embury 2024 de la Société Française de Mé...