ETUDE 3D DE LA DEFORMATION ET DE LA PROPAGATION DE FISSURES DE FATIGUE DANS LES MATERIAUX POLYCRISTALLINS – CRYSTAL

Ce projet vise à améliorer considérablement la description mécanique de l'amorçage et de la propagation des fissures de fatigue dans les matériaux polycristallins. Lorsque la taille des fissure est du même ordre de grandeur que la taille des grains (typiquement lorsque la fissure se situe dans une dizaine de grains), la propagation est influencée considérablement par la géométrie et l'orientation des grains rencontrés par le front de fissure. Les analyses de surfaces sont notablement insuffisantes pour comprendre les véritables mécanismes mis en jeu et les modèles actuels sont très phénoménologique et conduisent invariablement à un design des structures métalliques, soumis a des chargement de fatigue, massivement conservatif. L'idée de ce projet est de coupler les nouvelles possibilités expérimentales 3D s'appuyant sur le rayonnement synchrotron avec les avancées considérable sur le plan numérique qui permettent d'envisager aujourd'hui l'étude explicite de ces problème. Sur le plan expérimental, la technique de micro-tomographie permet de sonder l'intérieur de la matière pour obtenir les informations pertinentes en termes de structure crystallographique locale et de forme 3D de la fissures. De fait, le caractère non destructif de la micro-tomographie permet de réaliser ces mesures in situ tout au long de la propagation d'une fissure de fatigue dans un champ de grains dont la géométrie et l'orientation est connue. Cet aspect s'appuie sur l'expérience du laboratoire MATEIS de l'INSA de Lyon, qui a contribué à co-développer ces techniques au cours des dix dernières années. Du coté de la modélisation, les calcul éléments finis en plasticité cristalline seront conduits au sur des microstructures réelles (obtenues a partir des images synchrotron) et synthétiques. L'amorçage et la propagation de fissure utilisant des nouveaux modèles d'endommagements de type approche locale de la rupture seront développés. Pour décrire un comportement réaliste des structures réelle, des maillages très fins seront utilisés en faisant appel au calcul parallèle. Les outils de régularisation seront aussi améliorés pour réduire la dépendance au maillage des résultats qui est parfois reprochée aux modèle d'endommagement. Enfin pour assurer la propagation des fissures, des procédures de remaillage automatique seront mises en place. L'effort numérique à produire est conséquent et s'appuiera à la fois sur les Centre des Matériaux de l'ENSMP et sur le DMSM/CEMN de l'Onéra qui ont des compétences complémentaires en la matière et utilisent la même plate-forme de calcul : le code Z-Set/ZeBuLoN. En modélisant pour la première fois l'amorçage et la croissance de fissures dans une microstructure réelle dont on connaît à la fois la géométrie des grains ainsi que leur orientation, on pourra tester et valider les mécanismes physique pris en compte par les lois de comportement et ainsi arriver à une prédiction beaucoup plus réaliste des premiers stades de la propagation des fissures de fatigue que ce que peux offrir aujourd'hui la mécanique linéaire élastique de la rupture.