Optimisation des propriétés mécaniques d'alliages aéronautiques par le contrôle de la microstructure issue de la mise en forme – OPALE

Ce projet s’appuie sur un besoin formulé par Safran et réunit les compétences du CEMEF (MINES ParisTech, UMR CNRS) concernant l’impact du procédé de mise en forme sur la microstructure et celles de l'Institut P’ (UPR CNRS, ISAE/ENSMA) pour l’impact de la microstructure sur les propriétés mécaniques en service. La chaire entend enrichir et pérenniser des collaborations entre les sociétés du groupe Safran et ces deux établissements. Elle a pour vocation de contribuer à la structuration de la recherche sur les superalliages au sein de Safran et de tisser des liens pérennes avec et entre les laboratoires les plus pertinents dans le domaine.
Cette organisation est mise en place pour traiter l’ensemble des thématiques qui seront abordées au sein de la chaire dans l’optique de faire émerger la métallurgie de demain. La métallurgie du futur s’appuiera en effet sur des modèles prédictifs couvrant l’ensemble de la chaîne de transformation du matériau, son comportement et son évolution en service, modèles que la chaire OPALE s’attachera à développer.

La chaire Opale permet une meilleure compréhension des mécanismes métallurgiques actifs au cours de la mise en forme des superalliage base nickel polycristallin et au cours de leur vie en service. Les résultats de la chaire sont de nature diverses : développement de méthodes innovantes de caractérisation des microstructures ; identification de nouveaux mécanismes jusqu'alors inconnus ; prédiction des microstructures en fonction des conditions de mise en forme (forgeage et traitements thermiques) ; analyse fine du lien microstructure - propriétés et des mécanismes d'évolution des microstructures en service ; définition de la microstructure optimale selon la sollicitation ciblée ; modèles prédictifs de la microstructure issue d'une gamme de forgeage donnée et des propriétés résultantes.

Ces résultats seront intégrés par les ingénieurs du groupe Safran pour la définition des gammes de fabrication et contribueront ainsi à maintenir la position du groupe sur la scène internationale.
La méthodologie développée, sur les plans académiques et industriels, pourra ensuite être appliquée à d'autres classes d'alliages et d'autres secteurs d'application.

Les résultats de la chaire Opale font l'objet de publications dans des journaux scientifiques de haut rang, et de communications auprès de la communauté académique internationale. L'activité de la chaire OPALE est bien reçue par la communauté internationale et contribue ainsi contribue au rayonnement de la recherche française en métallurgie.
La liste des publications et communications de la chaire est disponible sur le site web OPALE.

Le groupe français Safran se place parmi les leaders mondiaux dans le domaine de la métallurgie des superalliages apparue aux Etats-Unis dans les années 1940. Cette position doit être défendue, notamment vis-à-vis de la forte concurrence américaine. Il s’agit d’une métallurgie de pointe mais qui se situe dans le contexte général de la métallurgie française et européenne. Le risque de dégradation du savoir-faire français dans le domaine a été souligné dans un rapport commun de l'Académie des Sciences et de l'Académie des Technologies en 2011. A l’échelle nationale, la métallurgie représente 1,5 millions d’emplois et prévoit plus de 100000 embauches par an d’ici à 2020, avec une hausse sensible des besoins pour les catégories hautement qualifiées.
Par le déploiement de projets autour de la mise en forme des superalliages, de leurs microstructures et propriétés d’usage (notamment en aéronautique), la chaire OPALE formera des métallurgistes qui demain maintiendront et développeront l'industrie métallurgique française sur la scène internationale.
Le projet porte sur l'optimisation des propriétés de superalliages à base nickel polycristallins, en contrôlant la microstructure issue de la mise en forme. Ces matériaux sont employés pour la fabrication de pièces de turboréacteurs en raison de leur tenue mécanique à haute température. L'amélioration de leurs performances permettra d’élever la température des moteurs et d’en améliorer le rendement. Ainsi, OPALE s'inscrit dans une logique de réduction du coût énergétique et de l'impact écologique du transport aérien, en parfaite cohérence avec les objectifs fixés par l'ACARE à l’horizon 2020.
Ce projet s’appuie sur un besoin formulé par Safran et réunit les compétences du CEMEF (MINES ParisTech, UMR CNRS) concernant l’impact du procédé de mise en forme sur la microstructure et celles de l'Institut P’ (UPR CNRS, ISAE/ENSMA) pour l’impact de la microstructure sur les propriétés mécaniques en service. La chaire entend enrichir et pérenniser des collaborations entre les sociétés du groupe Safran et ces deux établissements. Elle a pour vocation de contribuer à la structuration de la recherche sur les superalliages au sein de Safran et de tisser des liens pérennes avec et entre les laboratoires les plus pertinents dans le domaine.
Cette organisation est mise en place pour traiter l’ensemble des thématiques qui seront abordées au sein de la chaire dans l’optique de faire émerger la métallurgie de demain. La métallurgie du futur s’appuiera en effet sur des modèles prédictifs couvrant l’ensemble de la chaîne de transformation du matériau, son comportement et son évolution en service, modèles que la chaire OPALE s’attachera à développer.
Le titulaire pressenti, Nathalie Bozzolo, est un enseignant-chercheur expérimenté qui a rejoint MINES ParisTech récemment (2009) précisément pour développer ce secteur d’activités. Spécialiste de métallurgie physique, plus précisément de l’analyse des mécanismes microstructuraux, elle se situe à la frontière des deux principaux volets du projet : relation procédé - microstructure et relation microstructure - propriétés mécaniques.
Les trois autres chercheurs impliqués complètent la large palette des compétences requises pour mener à bien ce projet ambitieux : de l'analyse fine du matériau et de son comportement mécanique, à la modélisation des relations procédé-microstructure et microstructure-propriétés, le tout appuyé par des développements numériques.
Des études amont (développements expérimentaux et numériques, études de mécanismes métallurgiques fondamentaux) nourriront des études en lien direct avec des problématiques industrielles (soutien au développement de nouveaux alliages et des procédés).
La méthodologie et les résultats pourront par la suite être appliqués à d'autres classes d’alliages (alliages de titane, d'aluminium, aciers) utilisés dans le secteur aéronautique, mais également dans d’autres secteurs (transport, énergie…).