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Microstructure et propriétés mécaniques des superalliages base nickel polycristallins pour les moteurs d'avion du futur – TOPAZE

Résumé de soumission

Le groupe français Safran, constructeur de moteurs d'avion et d'hélicoptères notamment, se place parmi les leaders mondiaux dans le domaine de la métallurgie et mise en forme des superalliages base nickel. Cette position doit être défendue, notamment vis-à-vis de la forte concurrence américaine. Dans ce domaine de très haute technologie, la compétitivité industrielle repose directement sur les avancées de la recherche scientifique. Safran a ainsi décidé il y quelques années de s'engager dans des programmes de recherche à moyen/long terme avec des partenaires académiques sélectionnés et a co-financé la chaire industrielle OPALE, retenue par l'ANR à l'issue de l'appel à projets 2014. Les nombreux résultats de la chaire OPALE ont notamment permis de définir la feuille de route à suivre pour la suite.
Les turbomachines de nouvelle génération et celles à venir doivent fonctionner à plus haute température pour gagner en rendement, et ainsi réduire l'impact écologique du transport aérien en droite ligne avec les objectifs "Vision 2020" fixés par l'ACARE. Les superalliages base nickel gamma-gamma' sont les seuls matériaux aujourd’hui capables de satisfaire les exigences pour la fabrication des disques de turbine des parties les plus chaudes des moteurs. Ces pièces sont d'une criticité extrême, leur rupture en service n’est pas acceptable car elle peut potentiellement impacter de manière dramatique l’intégrité de l’aéronef. Les résultats de la chaire OPALE ont démontré que la métallurgie et la maîtrise de la mise en forme des superalliages gamma-gamma' sont beaucoup plus complexes que celles des alliages utilisés jusqu'ici. Ces matériaux seront employés au cours des trente prochaines années, au minimum. Maîtriser le comportement de ces alliages, au cours de leur mise en forme et au cours de leur vie en service, est absolument essentiel d'un point de vue industriel, et représente un véritable défi scientifique. Pour relever ce défi aux multiples facettes, le projet de chaire industrielle ANR TOPAZE propose un programme de recherches s'appuyant sur deux équipes à l'expertise reconnue dans leur domaine respectif : évolutions de microstructures en mise en forme au Cemef (MINES ParisTech, Sophia Antipolis) et relations microstructures – propriétés d'emploi et durabilité à l'Institut P' (ISAE-ENSMA / CNRS, Poitiers). Ces recherches établiront les bases de modèles prédictifs pour les microstructures et pour les propriétés, outils incontournables de la métallurgie du futur. Le programme de travail de la chaire TOPAZE repose sur quatre thèses CIFRE en lien direct avec des besoins industriels concrets et quatre thèses qui réaliseront des développements amont soit de nature prospective soit visant à nourrir les sujets plus appliqués.
Nathalie Bozzolo, proposée comme titulaire-coordinatrice, est une chercheuse expérimentée qui a de forts liens avec le monde industriel. Son domaine d'expertise, la métallurgie physique et plus particulièrement l'analyse de mécanismes microstructuraux, occupe une position centrale dans l'architecture du projet, couvrant à la fois les relations procédé-microstructure et microstructure-propriétés. Les trois autres principaux chercheurs impliqués complètent la large palette de compétences requises pour aborder la problématique industrielle globale posée : de l'analyse fine des microstructures et propriétés à la modélisation des relations procédé-microstructure et microstructure-propriétés, en passant par le développement des moyens numériques et expérimentaux ad hoc.
Les savoir-faire développés pourront par la suite être appliqués à d'autres types d'alliages utilisés en aéronautique et plus largement dans tous les grands secteurs comme l'énergie ou le transport terrestre. Enfin, il est à noter que la chaire TOPAZE amènera sur le marché de l'emploi des métallurgistes hautement qualifiés et doués d'une culture technique et scientifique élargie, ce qui constitue un profil très recherché.

Coordinateur du projet

Madame Nathalie Bozzolo (ARMINES)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ARMINES ARMINES
Pprime Institut P' : Recherche et Ingénierie en Matériaux, Mécanique et Energétique

Aide de l'ANR 700 000 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2019 - 48 Mois

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