Nouveau PROcédé d'élaboration d'outils à gradient de propriétés pour le FORage de roches abrasives en conditions sévères – PROFOR

Ce projet de recherche traite du développement de taillants d?outils à gradient de composition présentant le ratio coût/mètre foré le plus faible, destinés aux machines d?excavation du sol et du sous-sol et au forage profond, pour des applications caractérisées par des consommations excessives de taillants et des vitesses d?excavation très faibles. La prospection pétrolière dans des formations géologiques de plus en plus profondes, caractérisées par des pressions de confinement de plus de 120 MPa, ainsi que l?exploitation de la chaleur du sous-sol pour produire de l?électricité, demandent à concevoir des trépans de forage, capables de forer des roches très chaudes (250 à 350 °C), hétérogènes, extrêmement dures et abrasives, à l?origine de sollicitations importantes de l?outil aux chocs. Pour ce type de forage complexe réalisé dans des conditions extrêmes, le meilleur candidat, en termes de vitesse d?avancement est encore l?outil diamant PDC (Polycrystalline Diamond Compact) serti de taillants en carbure de tungstène-cobalt WC-Co (composite céramique-métal ou ??cermet??) surmontés d?une plaquette diamantée. Dans ces conditions extrêmes, ces outils souffrent d?une usure prématurée consécutive aux effets combinés des chocs et de l?usure par abrasion. Les outils appelés tricônes, travaillant la roche par poinçonnement, présentent des résistances intéressantes à l?usure mais leur utilisation dans le cas de roches agressives n?est pas satisfaisante à cause de leur résistance insuffisante aux chocs. L?ensemble de ces deux types d?outils souffre de l?antinomie dureté-ténacité des cermets WC-Co comme bien d?autres matériaux, tant que leur composition reste homogène. Le présent projet a donc pour ambition de s?affranchir du compromis dureté-ténacité des cermets WC-Co en mettant au point une nouvelle génération de taillants permettant d?augmenter à la fois la résistance à l?usure des parties frottantes et la ténacité à c?ur du taillant. Cela est obtenu grâce au développement d?une nouvelle méthode d?élaboration, « Migration contrôlée dans un cermet WC-Co dense d?un liquide riche en liant Cobalt revêtu d?un revêtement », permettant d?adapter localement les propriétés du cermet par modification de sa teneur en liant ductile. Le résultat de cette recherche sera donc parfaitement transposable à tous les outils de coupe comme les pics en WC-Co destinés au génie civil ou au perçage de trous dans le béton armé dans lesquels la génération d?un gradient continu en cobalt sur de longues distances s?accompagnera d?une plus grande longévité de ces outils. Ce projet regroupe un fabricant d?outils de forage (Varel Europe), un fabricant de taillants en diamant synthétique (Diamond Innovations, sous-traitant de Varel Europe), et trois laboratoires de recherche couvrant un large domaine, de l?élaboration à l?application. La complémentarité du champ de compétences des partenaires doit engendrer une forte réactivité et une bonne cohérence afin d?aboutir à des solutions innovantes répondant au problème posé.