Mise en Oeuvre de Structures Architecturées Refroidies par Transpiration – MOSART

Le projet MOSART vise à associer deux procédés, la fabrication additive EBM (Electron Beam Melting) et le frittage partiel de poudre, dans le but de créer un système transpirant à la fois robuste, ajustable en perméabilité et résistant à l'oxydation pour les parois de chambre de combustion de moteurs d’avions civils et militaires. L’objectif est de concevoir et d’optimiser des systèmes de transpiration multi-couches de type « poreux sur substrat architecturé ». Tandis que la couche poreuse, de par sa morphologie aléatoire, assure une diffusion homogène des jets de refroidissement, le rôle du support architecturé est d’assurer une tenue structurale tout en maximisant le refroidissement interne par un réseau de capillaires. L’emploi d’une paroi transpirante par rapport à la multiperforation permettrait une augmentation de la durée de vie et une réduction de la quantité d’air utilisé pour son refroidissement. Dans ce projet, de tels systèmes entièrement métalliques comprennent une couche poreuse obtenue par frittage de poudre, associée à un support architecturé fabriqué par EBM.

L’EBM est un procédé de fusion locale de poudre via un faisceau d’électrons permettant de construire des structures en 3D de géométries complexes. Ce type de procédé de « fabrication additive » est particulièrement bien adapté aux problématiques de refroidissement, car il permet d’intégrer des canaux, rainures et nervures dans des pièces massives. En conception, il permet d'optimiser les formes tant d'un point de vue mécanique, en répartissant la matière de façon optimale en fonction des sollicitations, que d'un point de vue hydraulique, en définissant les canaux en fonction des calculs d'écoulement. Avec les techniques conventionnelles de fabrication de plaques multi-perforées habituellement utilisées, comme le perçage ou le brasage dans le cas du Transply® ou Lamilloy®, une telle complexité géométrique est impossible.
Cependant, l’EBM, comme d’autres techniques de fabrication additive ne permet pas d’atteindre les finesses de géométries telles que celles obtenues par frittage conventionnel de grains de poudres métalliques.

L’intérêt d’une solution mixte (finition poreuse en surface) est de fournir une plus grande flexibilité de design afin d’assurer à la fois une transpiration efficace en proche paroi par le biais de la couche poreuse, et d’assurer une tenue structurale et un refroidissement interne optimal dans le support architecturé. Cette finition peut être obtenue par plusieurs voies d’élaboration qui seront évaluées dans ce projet. La plus prometteuse est le frittage partiel de poudre. Elle consiste à compacter la poudre à froid à même le support, puis à réaliser un traitement thermique de consolidation visant à (i) fritter les grains de poudres entre eux de façon partielle afin de conserver une porosité intrinsèque (environ 40%) ; (ii) assembler métallurgiquement le revêtement poreux au support.

Le projet se découpe en 3 tâches techniques. La première vise à développer les briques élémentaires liées au procédé de fabrication du système multi-couche en superalliage base nickel (frittage partiel de poudre, fabrication EBM et assemblage). L’étude de l’écoulement à travers le système transpirant complet est menée dans la tâche 2, à la fois en termes de caractérisation expérimentale et de modélisation. Une phase d’optimisation permettra d’améliorer le système sur la base des précédents développements et de tester la solution proposée en condition réaliste d’utilisation (oxydation isotherme et cyclique, tenue structurale).