Pénétrateur en alliages à haute entropie réfractaires et ductiles – ESTOCADE

Le projet ESTOCADE a pour objectif de développer une nouvelle génération de matériaux réfractaires pour perforant cinétique. La performance de pénétration recherchée est d’être supérieure à celle des alliages de tungstène couramment utilisés par l’armée Française, sans les contraintes environnementales associées à l’alliage d’uranium appauvri reconnu comme étant le matériau le plus performant.

Le projet ESTOCADE a été construit à partir des résultats d’une thèse CIFRE Défense et d’un Marché DGA sur une nouvelle génération de matériaux réfractaires de type Alliage à Haute Entropie (AHE), identifiée par leur potentiel de surpasser les alliages conventionnels de tungstène, voire d’être équivalent aux alliages d’uranium appauvri. Ces travaux ont permis d’identifier trois verrous que nous nous proposons de lever depuis l’élaboration d’une maquette préparée au sein du laboratoire ICB (TRL3) jusqu’à l’obtention d’un prototype mis en œuvre par SINTERMAT (TRL5), en passant par l’évaluation du potentiel de pénétration par NEXTER MUNITIONS. Afin de répondre à la finalité des perforants, le premier verrou a pour objectif de développer des AHE ductiles et de masse volumique supérieure à 17g/cm3 en associant une approche thermodynamique via l’outil THERMOCALC, une caractérisation pertinente des microstructures et des propriétés en traction. Le second verrou a un objectif d’optimisation à travers une analyse, via l’Intelligence Artificielle, des données mécaniques et physiques de 12 AHE développés dans le cadre du premier verrou. Enfin, le troisième verrou porte sur l’élaboration de barreaux pour répondre aux exigences des perforants des Obus FLèches (OFL), c’est-à-dire de maîtriser le changement d’échelle.

La fabrication au plus proche des OFL de grandes dimensions, 200 mm pour les munitions de moyen calibre du véhicule blindé Jaguar et jusqu’à 800 mm pour les munitions de gros calibre du char Leclerc, à microstructures contrôlées est un enjeu majeur pour les industriels. Avec les moyens de production actuels, pour les alliages de tungstène la pièce finale est obtenue par frittage et déformation plastique et à partir d’un brut de fonderie pour les alliages d’uranium. Les matériaux ont alors une hétérogénéité en termes de taille des grains et, donc, de caractéristiques mécaniques. La démarche écoresponsable retenue par les partenaires du projet est d’aller vers une consommation au plus juste des matières premières, un chauffage et un refroidissement rapides et maîtrisés, pour réduire les empreintes environnementales avec une consommation énergétique 25 à 30% inférieure. Ce challenge est maintenant possible via la mise en œuvre du procédé Spark Plasma Sintering maitrisé par l’ICB et SINTERMAT.

ESTOCADE comprend deux critères de réussite ambitieux. Le premier critère de réussite se focalise sur l’acquisition d’AHE ductiles de masse volumique supérieure à 17g/cm3. Le second critère de réussite porte sur l’identification de AHE dont les mécanismes de ruine en compression sont initiés par bandes de cisaillement adiabatique, mécanismes liés à la performance de pénétration. La réponse à l’objectif du projet à travers ces critères sera évaluée à travers une mesure des performances intrinsèques de pénétration obtenue avec des essais spécifiques de balistique terminale. Au niveau international, à notre connaissance, aucun des pays leaders dans ce domaine a mis en place un projet équivalent.

Le projet s’inscrit dans le domaine du « combat terrestre » dont l’objectif est de disposer des technologies nécessaires au développement des futurs systèmes d’armes terrestres, à travers des OFL de nouvelle génération. L’aspect civil porte sur l’utilisation des alliages réfractaires pour les composants du réacteur thermonucléaire expérimental international ITER mais aussi sur la mise en œuvre de composites à base de métaux réfractaires dans le cadre des recherches menées au CERN.