+ 2023 MUC4D – Méthodologie unifiée pour la caractérisation 4D synchrotron des matériaux de structure afin d’offrir un accompagnement pertinent et efficient à l’industrie du futur

description de la recherche

Les techniques d’imagerie et diffraction 3D au rayonnement synchrotron sont des techniques, qui permettent d’étudier le comportement mécanique multi échelle des matériaux de structure. Les progrès réalisés ces dernières années permettent d’accéder à l’évolution de la microstructure cristalline (Diffraction Contrast Tomography - DCT) et de mesurer les déformations totales (Digital Volume Correlation - DVC) et les tenseurs de déformations élastiques (scanning 3DXRD) au sein des matériaux. La nature 4D (suivi en temps, en y ajoutant la déformation, changements de température, cycles de fatigue) des données est très complexe : à l’heure actuelle, il n’existe pas de méthodologie robuste et éprouvée permettant l’analyse des microstructures très fines et déformées comme c’est le cas par exemple pour la technique d’EBSD qui est éprouvée et approuvée dans l'industrie pour visualiser des courbures de réseau cristallin à l'échelle des grains. Ce projet vise donc à établir un tel cadre pour les chercheurs de la communauté Française autour du traitement de quatre techniques complémentaires en volume que sont la DCT, la Topotomographie (TT), la 3DXRD et le scanning-3DXRD afin de faciliter le déploiement de ces techniques pour des analyses industrielles.

Le développement d’outils propres au post-traitement de ces techniques nécessite des efforts considérables qu’un seul laboratoire ne peut fournir. Ainsi les laboratoires de ce projet qui travaillent chacun au développement de ces techniques depuis des années, ont décidé d’unir leurs forces afin de réaliser des expériences couplées (on parle de mesures corrélatives) entre plusieurs techniques, de développer une chaine d’analyse dédiée au post-traitement et enfin de proposer des simulations numériques du comportement mécanique basées sur la microstructure réelle, permettant à terme la création de jumeaux numériques à l’échelle de la microstructure. La méthodologie ainsi développée sera validée sur différentes familles de matériaux de comportement différents, propres à chaque partenaire. 

Caractère innovant : 

La proposition faite ici est de regrouper les savoir-faire nationaux afin de répondre à des objectifs technico-scientifique hiérarchisés par ordre de difficultés croissantes:

• Trouver les mêmes grains dans un polycristal avec les méthodes 3DXRD et DCT et compléter les cartographies le cas échéant
• Suivre la déformation des grains en volume pendant un essai mécanique et comparer avec l’information obtenue en surface par HR-DIC et/ou HR-EBSD
• Déterminer des champs intragranulaires mécaniques et microstructuraux par TT et S-3DXRD
• Etendre les méthodes à des phases ayant des symétries cristallines complexes (variantes de martensites, macles, etc.)
• Etendre les méthodes à une microstructure fine et très déformée (fabrication additive)

Les résultats expérimentaux seront comparés à des simulations par éléments finis et/ou transformée de Fourier où le volume scanné en DCT et 3DXRD sera considéré comme données d’entrée.

intérêt sociétal, environnemental