Invités

Conférences plénières :

1.      Emilie Herny

Emilie Herny débute sa carrière chez Safran en 2006, chez Safran Aircraft Engines puis Safran Power Units. En 2020, elle est détachée pendant 3 ans à l’IRT Saint Exupery en tant que Directrice Technologique. Elle re intègre Safran à la Direction Innovation en 2023 en tant que directrice du programme « Recyclabilité Durabilité ». En 2024, elle prend la Direction Economie Circulaire du Groupe Safran.

Les matériaux métalliques dans les équipements aéronautiques : quels enjeux environnementaux et de souveraineté ?

Lors de cet exposé intitulé "Les matériaux métalliques dans les équipements aéronautiques : quels enjeux environnementaux et de souveraineté?", nous explorerons les défis liés à l'utilisation de ces matériaux métalliques dans l'industrie aéronautique. Nous commencerons par examiner les enjeux environnementaux liés au cycle de vie des matériaux métalliques, en mettant en évidence les impacts environnementaux de leur extraction, de leur transformation et de leur fabrication. Nous aborderons également des solutions et pratiques durables pour réduire cet impact. Nous nous pencherons aussi sur les enjeux de souveraineté, en analysant les ressources nécessaires pour la fabrication des métaux et les risques géopolitiques associés à leur dépendance. Nous discuterons des stratégies pour garantir la souveraineté et la sécurité d'approvisionnement. Pour relever ces défis, nous présenterons des initiatives et innovations dans l'aéronautique, telles que le développement de matériaux plus durables, la collaboration avec les fournisseurs et l'intégration de l'économie circulaire. En conclusion, nous soulignerons l'importance de l'équilibre entre performance technique, durabilité et souveraineté, et nous mentionnerons quelques actions collectives pour relever ces défis.

 2.      Alexandre Legris

Alexandre Legris, Directeur de l’Agence de Programme Energie Décarbonée depuis sa création en février 2024, est Professeur en Sciences des Matériaux à l’Université de Lille, mis à disposition au sein du CEA pour piloter l’Agence. Entre 2017 et 2024 il a exercé en tant que Directeur Adjoint Scientifique à l’Institut de Chimie du CRNS pendant plus de 6 ans, en charge des laboratoires relevant des sections 11 et 15 du CoNRS. Il a été Directeur de Laboratoire à l’Université de Lille entre 2009 et 2017 et Président de Comité Scientifique d’Evaluation à l’ANR pendant 3 ans entre 2014 et 2017.

 Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les Agences de Programme : le cas de l’Agence de Programme Energies Décarbonées

 " Une des priorités du gouvernement concernant la recherche et l'innovation est la nécessité de mieux définir l'articulation entre les différents acteurs de la recherche, et d'optimiser l'organisation globale de l'écosystème de recherche et d'innovation, en particulier pour le rendre plus à même de répondre aux grandes transitions auxquelles nous faisons face : écologique, énergétique, numérique et de santé. La création d'agences de programme, axées sur des thématiques à fort enjeu, dont la coordination est confiée aux organismes nationaux de recherche, est une des facettes de cette stratégie, aux côtés d'une recherche fondamentale forte. Il s'agit de domaines pour lesquels le renforcement de la coordination entre les acteurs de recherche, d'une part, et entre ministères pour renforcer l'efficacité de l'Etat, en définissant des plans d'actions structurés, d'autre part, est essentiel.

Les agences doivent permettre d'orchestrer le pilotage national d'un nombre restreint de programmes de recherche, jugés stratégiques car à fort impact sociétal et/ou relevant d'un intérêt souverain. Elles seront également à même de répondre aux sollicitations de l'Etat autant que de besoin.

La transition énergétique constitue un des défis majeurs pour la société avec l'objectif d'atteindre la neutralité carbone en 2050. Pour répondre aux enjeux associés à cette transition, et trouver des solutions efficaces, il est indispensable d'optimiser l'organisation globale de l'écosystème de recherche et d'innovation, en y intégrant également l'ensemble des dimensions sociétales (engagement et adhésion de la société, régulation et incitations économiques...). La création d'une agence de programme « Energie décarbonée » pilotée par le CEA constitue ainsi une nouvelle étape importante de la stratégie nationale de recherche et d'innovation… "

Cet extrait de la lettre de mission de l’Agence de Programmes Energies Décarbonées illustre l’esprit qui a présidé à la création des Agences de Programme. Une présentation du travail de l’Agence à un an et demi de sa date de création sera effectuée.

3.      Clara Desgranges

Clara Desgranges travaille au CEA-Saclay. Elle y est experte Senior dans le domaine des Matériaux Métallique et de la Métallurgie, et plus spécialement de Métallurgie Numérique au sein du Service de recherche en Corrosion et Comportement des Matériaux, et chargée de mission pour l’ISAS (Institut des Sciences Appliquées et de la Simulation pour les énergies bas carbone). Elle possède également une expérience de plusieurs années dans l’industrie, notamment pour Framatome, Arcelor, et plus récemment au sein du groupe Safran.

Métallurgie numérique : panorama, enjeux et défis.

Les outils numériques utilisés dans le domaine de la métallurgie sont très nombreux. Cette diversité provient avant tout de la variété des équations physiques qu’ils résolvent suivant leurs applications, elles-mêmes multiples (suivi des phénomènes thermiques ou mécaniques, détermination des propriétés effectives, …). Par ailleurs, les échelles traitées sont diverses (échelle atomique, phases, microstructure, composants ou procédés) et conditionnent également les échelles de temps explorées. Pour étendre leurs possibilités d’applications, de couplages ou de chaînages, les développeurs de ces codes de calculs cherchent sans cesse à en restreindre les limitations en intégrant les dernières avancées des méthodes mathématiques, algorithmiques et informatiques. Les utilisateurs de ces outils numériques, composent, eux, avec les limitations actuelles, et parviennent à les exploiter avec succès, que ce soit pour faire avancer leurs recherches ou pour soutenir des développements stratégiques dans le secteur industriel.  Certains collègues métallurgistes sont parfois, tour à tour, concepteur, développeur et utilisateur de ces outils de calculs. En outre, les codes utilisés dans le domaine de la métallurgie peuvent être partagés et co-développés sous diverses licences open-source pour certains, mais pour d’autres sont distribués sous licences commerciales payantes dans des domaines parfois clés.  Les acteurs de la métallurgie numérique sont donc des chercheurs académiques pour la plupart, des chercheurs et ingénieurs de l’industrie, mais aussi, pour quelques-uns, des concepteurs et développeurs de sociétés spécialisées dans les codes de calcul ou dans les machines de calcul haute performance. La présentation dressera un panorama de la métallurgie numérique et des dernières avancées majeures dans le domaine. A l’heure de la « Data Science » et des (r)évolutions des machines du calcul haute performance, elle proposera une réflexion autour des enjeux et défis pour le domaine, y compris structuraux pour les futures collaborations au sein de cet « écosystème » particulier.

4.      Eric Andrieu

Eric Andrieu est actuellement Professeur émérite à Toulouse INP et poursuit quelques activités notamment de formation par la recherche (deux doctorants en fin de formation en 2025). Depuis le début de sa carrière (16 ans aux Mines Paristech puis 26 ans à l’INPT), la thématique durabilité des matériaux et des structures a occupé la majeure partie de son activité de recherche et de formation par la recherche (19 doctorants Mines ParisTech et 42 à Toulouse INP).

 La durabilité, quel bel avenir !

La présentation rassemblera une collection de problèmes réels qui, aujourd’hui, interpellent enfin nos sociétés. Il s’agit de la durabilité des structures, et des matériaux qui les constituent, que ces structures soient essentielles pour les outils de production ou pour la sûreté de notre environnement quotidien. La complexité des problèmes rencontrés, liée en partie à la diversité des conditions d’emploi et des actions de maintenance requises, suppose une activité soutenue tant en recherche qu’en formation dans le domaine de la métallurgie et en particulier dans le domaine du vieillissement thermique, mécanique et chimique des matériaux de structure. Bien entendu, l’IA permettra d’aider à l’analyse du retour d’expérience mais il semble essentiel que les résultats de ces analyses de bases de données soient exploités sous le regard critique des maîtres du jeu que nous aurons formés.

Conférences invitées :

Thème 1 - Durabilité

• Carine Petitjean (Université de Lorraine, IJL, Nancy)

La corrosion d’alliages chromino-formeurs par un liquide silicaté : de la mesure in-situ à la modélisation

Les superalliages chromino-formeurs sont largement utilisés pour résister au verre à l’état liquide qui est particulièrement corrosif. En effet, la formation d’une couche superficielle, continue, adhérente et compacte de chromine passive l’alliage. L’efficacité protectrice de cet oxyde dépend de sa stabilité thermodynamique. Sa cinétique globale de croissance repose sur la compétition entre la croissance de la couche de chromine (identique à celle observée en condition d’oxydation sèche) et sa dissolution. Elle a été calculée à partir des grandeurs mesurées de façon indépendante : la constante d’oxydation sèche (kp_e), la limite de solubilité du chrome et son coefficient de diffusion au sein du solvant.

L’électrochimie permet de suivre in-situ l’état de corrosion (active ou passive) d’un alliage passivable et complète les observations post-mortem pour déterminer la croissance de la couche d’oxyde. La modélisation de la corrosion d’un alliage Ni-30Cr dans un liquide silicaté a mis en évidence que la capacité du liquide silicaté à alimenter la surface du matériau en oxygène dissous est un facteur limitant pour assurer la passivation de l’alliage.

• Szilvia Kalacska (Mines Saint-Etienne, LGF, Saint-Etienne)

Caractérisation micromécanique in situ de matériaux complexes : influence de la microstructure et des conditions environnementales extrêmes

La micromécanique est un outil puissant pour sonder les propriétés des matériaux. Elle permet, entre autres, de comprendre en détail leur comportement et leurs performances microstructurales. En analysant les interactions entre les phases, les grains ou les constituants d'un matériau, la micromécanique nous permet de prédire les propriétés macroscopiques telles que la résistance et la ténacité à partir de détails microscopiques. Cette approche est particulièrement précieuse pour les matériaux complexes, dont les propriétés dépendent de l'interaction entre différents composants microstructuraux. Ces expériences peuvent nous guider dans la conception et l'optimisation de matériaux aux propriétés adaptées à des applications spécifiques. Cette présentation sera consacrée aux efforts actuels visant à repousser les limites de la micromécanique dans des conditions extrêmes, à savoir la réalisation d'expériences à des taux de déformation élevés et à des températures basses/élevées. Les applications seront discutées sur des métaux complexes élaborés par fabrication additive (couches minces et structures imprimées en 3D).

Thème 2 - Propriétés mécaniques, comportement et endommagement

• Jonathan Cormier (Institut PPRIME, ISAE ENSMA, Futuroscope – Chasseneuil)

Factors controlling VHCF life of Ni-based single crystal superalloys

Ni-based single crystal superalloys (SX) are widely used in gas turbine engines for the manufacturing of high pressure turbine blades due to their exceptional mechanical properties at high temperature. Service operations of blades may lead to fatigue controlled failure mechanisms due to the vibrations introduced by the gas flow in addition to the centrifugal forces. These failures are difficult to forecast, as up to 90% of the fatigue life is spent in the crack initiation phase. Typical frequencies of vibrations of airfoils are in between 1 and 10 kHz, requiring specific experimental facilities to achieve the very high cycle fatigue (VHCF) domain at high temperature.

In this presentation, a critical analysis of the VHCF life sensitivity at 1,000°C/20 kHz, R = -1 and R > 0.3 to the processing parameters (dendritic chemical homogeneity, casting pore size, introduction of a prior plastic deformation and γ/ γ’ microstructure degradation - i.e. γ’ rafting) will be performed. For this, 10 different Ni-based SX alloys have been investigated, with different chemical compositions and/or processing parameters. A special attention will be paid in this presentation on the fine scale crack initiation mechanisms. By varying the casting process or the oxidation resistance among the different alloys studied, a map of crack initiation mechanisms in VHCF will finally be proposed for Ni-based SX alloy and a VHCF life modeling framework will be presented.

• Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon (Mines Paris- PSL, Centre des Matériaux, Paris)

Rupture fragile par clivage des aciers pour composants critiques : développements, apports récents et enjeux futurs de l’approche locale

La rupture fragile par clivage des aciers représente un risque majeur de ruine catastrophique dont on doit se prémunir sur les structures critiques comme les capacités de grandes dimensions ou les infrastructures de transport. Depuis une cinquantaine d’années, l’approche locale de la rupture a progressivement introduit la microstructure du matériau (comme polycristal contenant des particules susceptibles d’amorcer des fissures) dans une modélisation probabiliste de ce mécanisme de rupture. Elle décrit les étapes de germination de microfissures et de propagation à travers les différents obstacles (interfaces) de la microstructure.

Cet exposé propose un panorama des développements récents, expérimentaux, théoriques ou numériques, autour de questions clés telles que les effets d’une déformation plastique préalable (notamment sur la microtexture), l’exploration des mécanismes d’amorçage de fissure dans des aciers contenant de moins en moins d’impuretés, les mécanismes de franchissement des interfaces et les effets de ségrégation chimique à différentes échelles.

Thème 3 - Caractérisation microstructurale

• Jean-Philippe Couzinié (Université Paris-Est Créteil, ICMPE, Thiais)

Apports de la microscopie électronique en transmission sur la caractérisation des métaux et alliages

Un peu moins d’un siècle après son développement par Ruska et Knoll, la microscopie électronique en transmission a considérablement évolué au gré d’avancées technologiques majeures et s’avère être un outil aussi puissant qu’indispensable dans la science des matériaux et en particulier en métallurgie pour l’étude et la caractérisation des microstructures. Grâce à la possibilité d’atteindre la résolution atomique, la microscopie électronique en transmission est l’outil de choix pour observer les structures atomiques, identifier les phases présentes et caractériser les défauts cristallins responsables de la déformation plastique (après déformation ou en cours grâce à des essais in-situ) et ainsi permettre - grâce aux informations recueillies - d’optimiser de nouveaux alliages innovants aux microstructures souvent chimiquement et topologiquement complexes. Ainsi, au cours de la présentation, nous nous attacherons à décrire les évolutions de la microscopie électronique en transmission au cours des décennies et montrer l’impact de ces évolutions sur les études métallurgiques. Nous traiterons également d’exemples récents pris sur des « objets » chimiquement complexes, les alliages à haute entropie. Nous mettrons en lumière les apports de la microscopie sur l’étude et le développement de ces alliages innovants.

• Frédéric De Geuser (Grenoble INP, SIMaP, Grenoble)

Précipitation dans les alliages métalliques : dialogue entre espace direct (APT) et espace réciproque (SAXS)

Le durcissement structural est l’un des outils du métallurgiste pour améliorer les propriétés mécaniques des alliages de structure. Il consiste à faire précipiter une seconde phase sous forme de très nombreux objets nanométriques, ralentissant ainsi le mouvement des dislocations. Dans la plupart des systèmes alliages à durcissement structural (aluminium, acier, titane, magnésium,…), les tailles optimales de précipités sont de l’ordre de quelques nanomètres.

L’observation directe ne peut se faire alors que par 3 méthodes de caractérisation : la sonde atomique tomographique (APT), la microscopie électronique en transmission (TEM) et les méthodes de diffraction, la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) en particulier. L’inconvénient de cette dernière technique est d’être dans l’espace réciproque, ce qui nécessite de la combiner avec les premières pour bâtir un modèle d’interprétation. En revanche, elle étudie un volume bien plus grand, sans limite basse de résolution spatiale, et est très bien adaptée aux expériences in situ voire operando.

A partir d’exemples d’alliages d’aluminium aéronautiques, on montrera comment le SAXS permet d’étudier les cinétiques de précipitation en suivant in situ les tailles et les fractions de précipités pendant les traitements thermiques. On tentera de contrôler des trajectoires de précipitation dans des alliages multiconstitués.

Enfin, on évoquera les liens entre le SAXS et l’APT en établissant que ces deux techniques parlent le même langage, l’un dans l’espace réciproque, l’autre direct, et l’on exploitera ces liens bidirectionnels d’une part en utilisant l’APT comme input de modèle d’interprétation SAXS, et d’autre part en utilisant le SAXS comme outil d’évaluation de la qualité des reconstructions APT.

Thème 4 - Procédés de fabrication et microstructures

• Christian Dumont (Aubert & Duval, les Ancizes)

Première transformation à chaud des alliages : quels défis et quels moyens à mettre en œuvre ?

La plupart des travaux liés à la mise en forme dans les laboratoires sont conduits sur des échelles réduites mettant en œuvre des volumes de matière pas toujours représentatifs. Nous illustrons ce constat au travers de quelques exemples concrets. Ainsi, il est particulièrement malaisé de prédire l’évolution des microstructures lors des 1^ères étapes de forgeage des lingots à partir des structures brutes de solidification. Or, dans le cas des alliages austénitiques, comme les aciers ou les bases nickel, il est essentiel de connaître les conditions pour lesquelles ce type de structures est entièrement renouvelé au profit d’un produit à grains homogènes et équiaxes. De même, pour les nuances chargées en éléments d’alliages, dont la forgeabilité est alors souvent limitée, les forgerons ont besoin de connaître comment elle s’améliore en fonction de ces évolutions microstructurales. Dans le cas des alliages biphasés comme les alliages de titane, nous montrerons que les phénomènes intervenant dès les 1^ers stades de la conversion des lingots en billettes, sont encore plus mal connus, qu’il s’agisse du développement des textures ou de la maîtrise de la taille du grain β. Or, comme cela a été démontré et aujourd’hui bien documenté, ces caractéristiques entraînent des conséquences majeures sur les propriétés finales. Nous mettrons alors en avant un certain nombre de pistes pour aborder ces changements d’échelles nécessaires, qu’il s’agisse des essais sur presses instrumentées, la mise en œuvre de déformations multi-passes ou encore des observations microstructurales multi-échelles. 

Thème 5 - Intégrité et protection de surface : Finition, traitements, revêtements, parachèvement, usinage

• Delphine Veys-Renaux (Université de Lorraine, IJL, Nancy)

Traitement de surface par anodisation : l’électrochimie, un outil pour répondre aux défis actuels

Le traitement par anodisation est très largement répandu pour répondre aux besoins de protection et de fonctionnalisation de substrats métalliques, en particulier de l’aluminium et ses alliages.

Concernant l’élaboration des revêtements anodiques, la mise en œuvre de techniques et mesures électrochimiques in-situ, sur de larges gammes de potentiels, permet d’élucider les mécanismes mis en jeux. Les conditions électriques et chimiques de traitement de surface peuvent ainsi être judicieusement choisies afin de de minimiser la dépense énergétique du procédé ou moduler les propriétés fonctionnelles des couches formées.

Un post-traitement de colmatage est très souvent nécessaire, pour apporter de meilleures propriétés anti-corrosion en cicatrisant les défauts engendrés dans les couches anodiques, ou pour stabiliser des colorants organiques adsorbés dans la nanostructure poreuse. Dans le cadre de l’application du règlement REACH, la formulation de nouvelles solutions est requise, dont l’efficacité peut être évaluée par spectroscopie d’impédance électrochimique.

Thème 6 - Métallurgie numérique

• Riccardo Gatti (LEM ONERA, Châtillon)

Modélisation de la propagation des fissures courtes : couplage entre la méthode des champs de phases et la dynamique des dislocations

La propagation des fissures courtes dans les métaux à structure cristalline cubique à faces centrées (FCC) est fortement influencée par les microstructures, en particulier par les défauts linéaires des cristaux, c'est-à-dire les dislocations. Dans ce travail, un nouveau couplage entre deux méthodes à l’échelle mésoscopique est proposé pour étudier l’interaction des fissures mobiles avec les microstructures de dislocations tridimensionnelles. Premièrement, la propagation des fissures est prédite par un modèle de champ de phase. Dans cette approche, les fissures sont décrites par un champ de dommage continu qui évolue de manière à minimiser l’énergie libre totale, y compris l’énergie élastique stockée et l’énergie de surface associée à la fissure. Deuxièmement, les microstructures de dislocations sont traitées par un modèle de dynamique des dislocations discrètes (DDD) qui décrit la déformation plastique par le mouvement des dislocations sous un chargement appliqué. Pour coupler les deux modèles, l’approche DCM (Modèle Discret-Continu) est utilisée, où les dislocations sont décrites par des champs continus (déformation propre ou tenseur de Nye) dans un solveur élastique. Les solveurs basés sur la transformation rapide de Fourier (FFT) sont utilisés pour leur efficacité en termes de calcul. De plus, le couplage résultant est implémenté en utilisant des solutions de parallélisation efficaces pour améliorer les performances. Grâce à ce nouveau couplage, nous avons pu étudier l'écrantage élastique généré par la microstructure des dislocations sur la propagation des fissures en fonction de la nature des systèmes de glissement et de la densité des dislocations. Nous avons également pu explorer des phénomènes et des facteurs rarement pris en compte, tels que le glissement dévié de dislocations près du front de fissure ou l'influence du nombre de sources de dislocations. Enfin, cette méthode mésoscopique est prometteuse et pourrait constituer une avancée pour l'analyse approfondie des mécanismes physiques contrôlant les premières étapes de la fissuration dans les matériaux métalliques.