Caractérisation, modélisation et prévision rapide des propriétés à la fatigue polycyclique des matériaux à partir de mesures thermométriques – SELF-HEATING

La fatigue polycyclique est un aspect du comportement mécanique des matériaux particulièrement insidieux du fait de son caractère progressif et masqué. Bien que des progrès non négligeables aient été réalisés depuis les premiers travaux sur la fatigue au XIXe siècle, la tenue en service des pièces industrielles vis-à-vis de la fatigue demeure un problème d'actualité majeur. En effet, même si les chiffres exacts sont difficilement vérifiables, on estime qu'au moins 60 à 70% de toutes les ruptures mécaniques de pièces en service sont, encore aujourd'hui, dues à un phénomène en lien avec la fatigue. Il y a quelques années, une équipe de chercheurs américains avait même estimé que le coût relatif à ces ruptures par fatigue représentait environ 4% du produit intérieur brut des États-Unis. C'est pourquoi, il est essentiel de comprendre et de modéliser la physique de la fatigue des matériaux afin de créer une relation de cause à effet dans le but de réduire la probabilité de telles défaillances. Toutefois, le développement de modèles prédictifs pour la fatigue reste difficile, et ce, pour au moins trois raisons :

1- Les propriétés à la fatigue des matériaux dépendent d'un grand nombre de paramètres tels que la nature du chargement, la microstructure, l'environnement, le mode d'obtention de la pièce, ...
2- Les durées de vie en fatigue polycyclique sont de nature probabiliste.
3- Les temps de caractérisation des propriétés en fatigue, dans une configuration donnée et à partir des méthodes classiques, sont prohibitifs.

Le projet SELF-HEATING porte donc sur la caractérisation rapide et la prévision des propriétés à la fatigue polycyclique des matériaux à partir de nouvelles méthodes expérimentales basées sur des mesures thermométriques couplées à de la modélisation. Les matériaux sélectionnés dans le projet appartiendront non seulement à la famille des alliages métalliques mais également aux matériaux composites. L'enjeu principal est de proposer des méthodes de caractérisation robustes et rapides permettant de mieux connaitre les propriétés à la fatigue des matériaux pour mieux dimensionner les pièces qui les utilisent. Ainsi le projet SELF-HEATING s'inscrit dans des problématiques plus larges à forts enjeux sociétaux comme la réduction des coût énergétiques à travers l'allégement des structures, la réduction des risques de défaillance des systèmes mécaniques, l'aide à la maintenance préventive, …

Le projet SELF-HEATING s'appuie sur un besoin commun exprimé par deux groupes industriels français de renommée internationale, les groupes Safran et Naval Group, et réunit les compétences de l'IRDL (UMR CNRS 6027) concernant la caractérisation rapide des propriétés en fatigue des matériaux et des structures à partir d'essais d'auto-échauffement sous sollicitations cycliques et celles de l'institut Pprime (UPR CNRS 3346) dans le domaine de la fatigue à très grand nombre de cycles des matériaux. La chaire entend amplifier et pérenniser les collaborations, déjà nombreuses, entre les deux groupes industriels et ces deux instituts de recherche.

Ce consortium a été mis en place pour traiter l'ensemble des thématiques de la chaire SELF-HEATING dans l'optique de faire émerger non seulement une nouvelle approche en rupture avec les pratiques actuelles dans la communauté de la fatigue, de former des spécialistes de ces méthodes qui, demain, les diffuseront, mais également, de mettre en place, chez les partenaires industriels, de nouvelles procédures internes de caractérisation des propriétés à la fatigue des matériaux, voire même, d'amorcer un processus de normalisation.
Le titulaire pressenti, Sylvain CALLOCH, est Professeur des Universités à l'ENSTA Bretagne depuis 2004 et chercheur à l'Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL, UMR CNRS 6027). Il est responsable d'une équipe de recherche dont l'un des thèmes phares est précisément l'étude de la fatigue des matériaux et des structures à partir de mesures thermométriques.