Modélisation de la diffusion polyconstituant en référentiel réseau – LEMONADE

Les matériaux opérant à haute température tiennent leurs propriétés et leur durabilité de microstructures optimisées. L’objectif du projet est d’analyser les phénomènes de diffusion qui sous-tendent les évolutions microstructurales dans les systèmes polyconstitués, en incluant les interactions diffusion-déformation, et de développer des outils de simulation numérique à même d’anticiper ces évolutions. Ceci sera accompli grâce à un modèle multiéchelle, multiphysique, dont le développement sera soutenu par un travail expérimental innovant.
Le modèle s’attachera à décrire l’évolution temporelle de systèmes métalliques à gradients de composition, sous l’effet de la diffusion et des équilibres thermodynamique et mécanique locaux. La simulation des éléments de microstructure (pores, phases) à l’échelle du grain (~ 10 µm) servira à étudier les mécanismes de diffusion et à dériver des modèles d’homogénéisation utilisés dans la simulation de polycristaux (~ 100 µm). Cette approche inclura aussi un dialogue entre formulations 1D et 3D, où la formulation 1D est utilisée pour élaborer le modèle de diffusion de base et simuler des systèmes homogénéisés, tandis que la formulation 3D permet de prendre en compte les éléments de microstructure de manière spatialement résolue, ainsi que la multiaxialité de l’état de contrainte.
Des expériences de couples de diffusion seront conduites sur des alliages modèles de microstructures contrôlées. Celles-ci seront conçues par degrés de complexité croissants, dans le but d’accompagner des aspects spécifiques du modèle de diffusion. Les champs de déformation locaux résultant de l’interdiffusion seront mesurés à l’aide de marqueurs inertes et de techniques de corrélation d’images, dans le but d’étudier le rôle de la microstructure dans les mécanismes de diffusion. Des couples de diffusion seront également soumis à un chargement mécanique, produisant un test de fluage avec gradient de composition contrôlé, permettant une caractérisation des effets des contraintes mécaniques externes sur la diffusion.
L’association des travaux expérimentaux et de modélisation fournira un cadre permettant une meilleure compréhension l’interdiffusion dans les systèmes complexes, y compris les déformations et porosités induites par la diffusion. Cet effort trouvera son application principale dans l’analyse de la durée de vie de structures à parois fines et de systèmes alliage-revêtement, contribuant ainsi au développement accéléré de matériaux et structures plus performants. A long terme, les méthodes proposées dans le projet LEMONADE contribueront aussi à la meilleure intégration du vieillissement microstructural dans les simulations mécaniques complexes.