+ 2018 MOCAPEE – Développement d’un modèle prédictif du jet cavitant ou cavitation peening

OBJECTIF

La mise en compression par jet cavitant, ou cavitation peening, est un procédé innovant de mise en compression des surfaces. Elle permet d’augmenter la durée de vie des pièces mécaniques en introduisant des contraintes résiduelles de compression à l’aide de l’implosion de bulles de cavitation. Ce procédé, déjà appliqué industriellement dans le domaine du nucléaire notamment, est particulièrement intéressant car il permet de traiter des géométries peu accessibles sans problématique de pollution des surfaces traitées.

Les phénomènes physiques du procédé sont complexes et restent mal compris. La maîtrise actuelle de la mise en compression par jet d’eau cavitant est ainsi très empirique et la littérature scientifique relative à la simulation et à la prédiction du procédé quasi-vierge.

L’objectif du projet MoCaPee est de mieux comprendre la physique de la mise en compression par jet cavitant afin d’établir des modèles prédictifs des contraintes résiduelles et d’augmenter la durée de vie des pièces traitées via ce procédé. Des travaux préliminaires s’appuyant à la fois sur des modèles couplés de simulations numériques en mécanique des fluides et des solides et sur des modèles analytiques du comportement de bulles de cavitation ont permis aux partenaires de mettre en place un dispositif expérimental original afin d’observer le procédé de mise en compression par jet d’eau cavitant et d’en identifier les paramètres saillants.

Le projet MoCaPee consiste, d’une part, à faire évoluer le dispositif existant en un démonstrateur instrumenté capable de traiter des pièces de petite taille. D’autre part, il permettra de développer un nouveau modèle numérique s’appuyant sur les paramètres du démonstrateur et de relier ces derniers aux niveaux des contraintes résiduelles induites, aux temps de traitements des pièces et aux risques d’érosion. Les modèles développés s’appuieront sur les résultats expérimentaux du dispositif original amélioré d’une instrumentation fine pour obtenir de nombreuses grandeurs intermédiaires (diamètre et distribution des bulles traitées, pressions d’impact…) et d’un pilotage du procédé (démonstrateur physique) permettant le traitement complet de pièces de petites dimensions.


RESULTATS 
voir la vidéo

De grands industriels de l’énergie ont soutenu le projet MoCaPee lors de la soumission du projet à l’AAP Ingénierie@Lyon et manifeste leur vif intérêt pour le procédé de grenaillage par jet d’eau cavitant lors de réunions organisées sur le sujet. Le développement d’une compétence propre au procédé et la compréhension fine du procédé (au-delà parfois des besoins industriels à court terme) est un apport important pour les équipes de recherche pour la poursuite des travaux avec ces entreprises.