Soutenance de thèse de Brayan Murgas

La relation entre procédé de fabrication, microstructure, propriétés et performance des matériaux relève d’un grand intérêt pour l’industrie de mis en forme des métaux. Cette relation est à l’origine d’une nouvelle branche de la science des matériaux appelée ingénierie des joints de grains, qui vise à obtenir des propriétés spécifiques des matériaux métalliques grâce au contrôle de la distribution des types de joints de grains. Les procédés de fabrication des métaux peuvent être modélisés à une échelle mésoscopique grâce à l’utilisation d’outils numériques décrivant l’évolution des joints de grains. L’approche Level-Set (LS), dans un contexte de formulation éléments finis (EF), est un outil puissant permettant de reproduire les traitements thermodynamiques industriels où de grandes déformations peuvent avoir lieu.

 

Ce travail visait à améliorer une formulation EF-LS en y introduisant des modèles plus précis concernant la description de l’énergie des joints de grains et de leur mobilité. L’objectif principal étant de construire des modèles encore plus prédictifs en croissance de grains et recristallisation. Des cas applicatifs sur un acier austénitique ont été considérés. Lorsque des joints de grains spéciaux ou des sous-joints sont étudiés, ils est en effet nécessaire d’améliorer les modèles décrivant les propriétés des joints de grains. Ces améliorations ont été intégrées dans différents formulations EF-LS grâce à l’ajout de termes dans le champ de vitesse et leur prise en compte, parfois complexe, dans les formulations faibles. La formulation dite anisotrope, testée sur des simulations de cas analytiques de jonctions triples et sur des microstructures polycristallines, s’est confirmée être la formulation la plus physique. Néanmoins, il convient de noter que la connaissance actuelle des données et des modèles de propriétés des joints de grains souffre toujours du manque de données expérimentales pertinentes et précises. La description complète des propriétés des joints de grains nécessite une analyse spatiale tridimensionnelle de la microstructure, ainsi qu’une évolution temporelle dans les conditions thermomécaniques données, ce qui reste impossible à réaliser avec les techniques les plus récentes.

 

En se basant donc sur des données expérimentales partielles obtenues durant ce travail de thèse, sur des données issues de calculs pré-existants en dynamique moléculaire, et sur des simulations EF-LS réalisés sur des jonctions multiples et des polycristaux de plusieurs milliers de grains.  Il a été mis en évidence que la formulation Anisotrope est la plus physiquement pertinente parmi les formulations proposées pendant ce travail. Cependant, il a également été mis en évidence que la formulation isotrope peut être utilisée pour des niveaux faibles d’hétérogénéité ou d’anisotropie avec une précision équivalente aux prédictions du modèle anisotrope. Les développements réalisés permettent aussi aujourd’hui de considérer, dans le formalisme LS, des macles cohérentes et incohérentes, isolées ou intégrées à une microstructure polycristalline.