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1. Apport de la Métallurgie numérique :

• Session 1 : Introduction: Apport de la Métallurgie Numérique (08h30-09h30)
  

Intervenants : Enrica Epifano (CIRIMAT-CNRS) et Damien Connetable (CIRIMAT-CNRS)

Après une courte introduction sur les principes des simulations atomistiques basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et les principales approximations, nous proposerons un rapide tour d’horizon des possibilités offertes par ces simulations. Nous aborderons les propriétés fondamentales telles que les énergies, les paramètres de maille et le magnétisme. De plus, nous discuterons des développements en thermodynamique, tant pour les applications directes que pour l'étude des défauts (ponctuels, dislocations, joints de grain). Enfin, nous explorerons la possibilité d'étudier des interfaces et des interphases.

À la suite des simulations effectuées à l’échelle atomistique, nous passerons à une modélisation à plus grande échelle en adoptant la méthode thermodynamique CALPHAD. Cette méthode permet la prédiction des équilibres de phases ce qui constitue un enjeu majeur en métallurgie, notamment pour :

- déterminer la température de solvus d'une phase spécifique,

- identifier les phases fragilisantes dans un matériau à gradient,

- simuler les phases formées lors du refroidissement à partir de l'état liquide.

Les fondements de cette méthode seront brièvement présentés, suivis de plusieurs exemples d'applications. Enfin, des cas de couplage entre les bases de données thermodynamiques et d'autres méthodes numériques pour la simulation de phénomènes tels que la diffusion ou la précipitation seront illustrés.

• Session 2 : au choix, TP thermodynamique ou TD atomistique (09h45-11h45)
  

TD « Thermodynamique » par E. Epifano (CIRIMAT-CNRS)

 Des calculs à l’aide du logiciel Thermo-Calc (version académique, gratuite) seront réalisés. Ils permettront : 

- La construction d’un diagramme de phases binaire

- La détermination des phases en équilibre (nature, composition, proportion de phases) en fonction de la température dans un alliage donné

- Analyse des phases en équilibre (nature, composition, proportion de phases) en fonction de la concentration d’un élément d’alliage ou de l’ajout d’un élément

TD « Atomistique » par D. Connetable (CIRIMAT-CNRS)

 Différents sujets seront abordés :

- Comment lire un article de simulation en atomistiques, quelles sont les différentes approximations et précisions des données qui peuvent être indiquées

- Nous présenterons également les limitations actuelles et les développements.

2. Apport de la Diffraction  :

• Session 1 : Cours introductif: Apport de la diffraction à la Métallurgie (08h30-09h30)

Intervenants : Raphaëlle Guillou (CEA), Frédéric Mompiou (CEMES-CNRS)

Dans la partie introductive de ce module, nous discuterons de l’usage des méthodes de diffraction en métallurgie. Nous aborderons ainsi les spécificités de la diffraction électronique et de son couplage en particulier avec l’imagerie pour les analyses microstructurales (défauts, contraintes) à l’échelle sub-micronique. A la suite, nous verrons, à l’aide de plusieurs exemples, comment il est possible d’utiliser la diffraction des rayons X sous rayonnement synchrotron (SDRX) pour caractériser nos matériaux sous sollicitation extrême (température, oxydation…). Une présentation des techniques d’imageries tomographiques sera aussi abordée.

• Session 2 : au choix, TD MET ou TD étude des contraintes résiduelles par rayonnement synchrotron (09h45-11h45) 
  

 TD « MET » par F. Mompiou (CEMES-CNRS)

Dans l’atelier MET, nous présenterons un essai mécanique in-situ dans un microscope électronique en transmission. Nous montrerons comment les observations peuvent apporter des informations quantitatives sur les mécanismes de déformation à l’échelle sub-micronique. Pour cela, nous utiliserons le logiciel libre pycotem permettant de travailler de bout en bout sur l’analyse des défauts microstructuraux (dislocations & interfaces) à partir des images et des clichés de diffraction.

        TD « Contrainte Résiduelle par rayonnement synchrotron » par R. Guillou (CEA)

Pendant la séance de travaux pratiques SDRX, nous nous intéresserons à une expérience de traction DRX in-situ sous rayonnement synchrotron sur un film mince d’or. Nous nous focaliserons sur la méthodologie pour effectuer le passage d’un cliché de diffraction obtenu avec un détecteur 2D à des diagrammes de diffraction « classiques » à l’aide d’un code python permettant de corriger et d’intégrer (en moyenne ou en segmentation) l’image 2D. A la suite de cette intégration, nous verrons comment remonter à la valeur de contrainte résiduelle présente dans le film mince. Aucune compétence préalable n’est requise hormis des connaissances élémentaires en cristallographie.

3. Oxydation haute température en métallurgie :

• Session 1 : Cours introductif:  Apport de la modélisation de la diffusion à la Métallurgie (09h45-10h45)

Intervenant : Thomas Gheno (ONERA)

Cette formation porte sur les évolutions de composition des matériaux métalliques lors de leur élaboration ou de leur utilisation en service, sous l’effet de gradients internes (systèmes alliage-revêtement) ou de leur interaction avec l’environnement (oxydation, corrosion). La partie introductive montrera en quoi ces évolutions sont susceptibles d’affecter les propriétés d’usage et la durée de vie des matériaux, comment les anticiper grâce à la modélisation de la diffusion, et comment les prendre en compte dès la conception des matériaux et procédés d’élaboration.

• Session 2 : TD « Oxydation à Haute Température » par T. Gheno (ONERA) (10h45-12h30)

Le TD sera consacré au calcul du profil de concentration d’un élément protecteur dans un alliage lors de la croissance d’une couche d’oxyde protectrice à haute température. On cherchera en particulier à déterminer la concentration initiale minimale pour assurer la stabilité de l’oxyde, d’abord dans le cadre des hypothèses simplificatrices de Wagner, puis en levant ces hypothèses pour s’intéresser à des cas de plus en plus complexes (échantillon de taille finie, écaillage de la couche d’oxyde, …). On utilisera pour cela un script Python au format « Jupyter Notebook ». Une expérience préalable en programmation Python est utile mais pas obligatoire : les auditeurs pourront travailler à partir du corrigé mis à disposition.

4. Apport de la Micro-mécanique  :

• Session 1 : Cours introductif: Apport de la Micromécanique à la Métallurgie (09h45-10h45)

 Intervenants : Damien Texier et Julien Genée (ICA Albi)

Cette formation porte sur la mesure, l’identification et la quantification de propriétés mécaniques locales à l’échelle de la microstructure. L’objectif est d’accéder à des grandeurs mécaniques locales pertinentes pour le dialogue essais-calculs dans les matériaux hétérogènes, qu’ils soient polyphasés et/ou polycristallins. Plusieurs techniques micromécaniques, telles que la cartographie rapide par nanoindentation, la corrélation d’images numériques haute résolution, la compression de micropiliers, etc. seront présentées. Les notions d’effets de taille et de volumes élémentaires représentatifs sur le comportement mécanique et les transitions d’échelles seront abordées.   

• Session 2 : TD « Mécanique combinatoire » par D. Texier et J. Genée (ICA Albi) (10h45-12h30)

Le TD sera consacré à l’analyse multimodale de deux mesures de champs de propriétés/comportement mécaniques à l’échelle micrométrique, à savoir sur un alliage polycristallin (1) la cartographie rapide de nanoindentation, et (2) la corrélation d’images numériques haute résolution. Afin de permettre la fusion de données provenant de différentes modalités d’imagerie (EBSD, EDS, EPMA, MEB, nanoindentation, etc.), une succession d’étapes est nécessaire afin d’aligner les données issues des différentes modalités d’imagerie et de permettre au mieux l’automatisation de l’identification des propriétés mécaniques importantes à extraire. Plusieurs techniques de recalage de données seront présentées. Le traitement de données EBSD s’appuiera sur la librairie Python PYMICRO développée par H. Proudhon (Centre des Matériaux, Mines Paris PSL). Dans le cadre de l’identification des propriétés par nanoindentation, nous nous focaliserons sur l’étude du module réduit, c’est-à-dire le module élastique directionnel homogénéisé du fait du chargement multiaxial induit par la nanoindentation. La confrontation de données EBSD et de nanoindentation permettra d’identifier la matrice de complaisance élastique d’un alliage de titane. Différentes représentations graphiques seront mises à disposition de manière à rendre compte de l’évolution de propriétés mécaniques en fonction de l’orientation des grains. Pour ce qui est de la corrélation d’images numériques haute résolution, l’extraction de grandeurs relatives à la plasticité cristalline sera présentée (indentification de système de glissement actif, analyse statistique de la plasticité cristalline à l’échelle du grain, etc.). Ces outils sont nécessaires pour tendre vers une analyse statistique du comportement mécanique des matériaux à l’échelle des grains dans le but d’alimenter in fine les modèles numériques relatifs au comportement d’agrégats polycristallins.