Contexte:

La fabrication additive LPBF est un procédé de fabrication en plein essor permettant d’obtenir des pièces massives comme des structures minces. Elle répond en particulier à des besoins fonctionnels de l’industrie nucléaire. La fabrication additive de pièces en acier 316L conduit généralement à un comportement mécanique anisotrope, pouvant de plus dépendre de la position dans la pièce. Cette anisotropie provient de la complexité des microstructures générées à l’échelle locale, qui s’observe à la fois en termes de morphologie des grains et de distribution préférentielle de leurs orientations cristallines. Dans les parties massives, ces effets peuvent être atténués en adaptant les stratégies de lasage et par l’utilisation de traitements thermiques additionnels. Néanmoins, dans les structures fines, les fortes contraintes sur la géométrie rendent plus difficile le contrôle des microstructures, conduisant à des configurations plus complexes.

D’une manière générale et en particulier pour les structures fines, la question de la prédiction du comportement mécanique est un sujet complexe du fait du faible facteur d’échelle entre la structure et la microstructure, qui pose problème pour le dimensionnement des pièces. Dans ce contexte, la simulation numérique directe, en “champs complets” (plasticité cristalline par éléments finis, CPFEM) est l’approche ad hoc, car elle permet de prendre en compte toute la complexité de la situation rencontrée, en travaillant sur une représentation géométrique exacte des microstructures voire des pièces. Dans le cas de la fabrication additive, il est néanmoins nécessaire de disposer au préalable d’une méthode de génération de microstructures représentatives du large panel de conditions d’élaboration rencontrées.

Objectifs de la thèse:

Cette thèse vise à la fois à mettre en place de nouvelles méthodes, outils et procédures pour la modélisation géométrique de microstructures obtenues par l’élaboration en fabrication additive, et à étudier la variété de leur comportements sous sollicitation mécanique. Cela comprendra les étapes suivantes :

· Analyser les microstructures produites par fabrication additive par des techniques de caractérisation bidimensionnelles, tels que l’EBSD, déjà en place à Framatome.

· Mettre au point une méthodologie de reconstruction de microstructures tridimensionnelles réalistes à partir de données bidimensionnelles. Cela comprendra notamment la recherche de métriques appropriées.

· Simuler le comportement mécanique d’une série de cas tests afin de démontrer l’applicabilité des méthodes développées au cas de matériaux industriels.

· Analyser le comportement mécanique des différentes microstructures. On étudiera en particulier la variabilité (ou incertitude) du comportement (taille de VER), notamment dans le cas des structures minces, en relation au faible facteur d’échelle structure–microstructure. Une extension au cas de pièces de formes complexes pourra également être envisagée.

Le département Matériaux (DTIMM) apporte à l'Ingénierie de FRAMATOME et plus largement à d'autres entités de l’entreprise une expertise pour le choix des matériaux métalliques, leur mise en œuvre, le suivi de leurs propriétés au cours du temps et leur optimisation.

Cette thèse CIFRE se déroulera à l’École des mines de Saint-Étienne (campus de Saint-Étienne). Des déplacements sont à prévoir régulièrement dans les locaux de Framatome Lyon (proche de Gerland) et ponctuellement dans les locaux de Framatome Paris (à la Défense) qui constituent les 2 antennes du département DTIMM.

Le profil recherché est celui d'un.e ingénieur.e orienté.e "Science des Matériaux" avec des connaissances en métallurgie et en mécanique. Les qualités attendues sont les suivantes :

- goût pour la métallurgie physique ,

- intérêt fort pour la modélisation ,

- curiosité et attrait pour la démarche scientifique,

- bonne aptitude à la communication écrite et orale,

- capacité d'écoute et d'adaptation.