Ductilité du Titane dans le Lithium liquidE – DucTiLité

Ce projet vise à soutenir une application de source de neutrons compacte pour la réalisation de neutronographie d’objets utilisant le lithium comme métal liquide. Les calculs montrent que l’utilisation de ce métal liquide permet d’atteindre les fluences nécessaires pour un nombre fixé de clichés par an. Un des matériaux de structure envisagé pour la boucle est le titane car il s’active très faiblement dans les conditions de fonctionnement de cette source de neutrons. Compte tenu de l’environnement des accélérateurs de particules, qui exige des interventions pour maintenance/réparation relativement courantes, il s’agit d’une condition qui, si elle n’est pas strictement nécessaire, rend le concept beaucoup plus attractif, permettant d’espérer des taux de charges beaucoup plus important.
Cependant, le lithium liquide est un milieu qui peut se révéler très corrosif, et qui est surtout connu pour favoriser la propagation de fissure dans les aciers, par exemple, notamment en présence de contraintes résiduelles, en cas de mouillage par le métal liquide (fragilisation par le métal liquide), ou en lien avec une corrosion intergranulaire. Une des problématiques importantes est ainsi la propagation de fissures en mode fragile induite par l’adsorption de métal liquide. Les ruptures peuvent être soudaines avec une propagation rapide (de l’ordre du centimètre par seconde) dans le pire des cas. Il est donc capital d’étudier les conditions éventuelles qui pourraient permettre la propagation de fissures dans cet environnement et de distinguer rapidement celle qui par contre promeuvent la résistance à la propagation.
L’objet de l’étude est donc d’évaluer la résistance du titane à la propagation de fissure induite par l’environnement très particulier du lithium liquide. Les problématiques de contact intime avec le lithium liquide, de lien avec les différents mécanismes de transformation structurale lors d’une déformation plastique (DSA – Dynamic Strain Aging) seront évalués. Cette étude s’appuiera sur des essais en environnement lithium liquide, préexposition, et / ou essais de tractions, et sur des caractérisations poussées du chemin de fissuration, et du facies de rupture. Des simulations multi-échelles de la fissuration appuieront les observations pour proposer un cadre de compréhension de la FML pour le système Ti/Li. La recherche de conditions de résistance à la propagation de fissure pourraient être une perspective intéressante, avec l’objectif de pouvoir accompagner le projet de réalisation de source compacte de neutrons dans les choix de matériaux pour la réalisation du circuit, et pour son exploitation sur la durée.
Il s’agit donc d’étudier une problématique de tenue des matériaux en environnement sévère (axe thématique 7). La voie proposée combine une approche expérimentale se basant sur les acquis des recherches des partenaires avec l’utilisation de la simulation numérique atomistique pour prédire la possibilité de survenue de fissures fragilisantes. En ce sens, les retombés seront à la fois dans le domaine militaire et civil puisque les résultats de cette étude serviront également à conforter les approches prédictives en développement sur la fragilisation par les métaux liquides.