Simulation des phénomènes d'interaction entre ondes ultrasonores et microstructure métalliques pour l'imagerie et la caractérisation

Mots clés

Microstructures, Ultrasons, Texture cristallographique

Détail de l'offre

Le contrôle non destructif par ultrasons est une méthode très répandue dans l'industrie mais son potentiel est encore sous-exploité. En effet, selon les procédés de fabrication utilisés, les milieux métalliques sont souvent anisotropes et peuvent également présenter une microstructure hétérogène. Ainsi, les ondes ultrasonores se propageant à travers des métaux peuvent, dans certaines circonstances, être fortement affectées par les microstructures de ces derniers. Cela peut représenter une opportunité pour estimer des propriétés locales du métal inspecté.
La thèse proposée vise à approfondir la compréhension du lien entre microstructure et comportement des ondes ultrasonores pour de grandes classes de matériau d'intérêt (alliages de titane, soudure austénitiques, acier moulé, pièces issues de fabrication additive…). Les différents axes de travail de cette thèse s'articulent autour d'un chainage des outils de simulation développés au sein du LEM3 pour la caractérisation de microstructures et la génération de microstructures virtuelles réalistes avec ceux du CEA pour la simulation de la propagation d'ondes ultrasonores.
En s'appuyant sur les outils actuellement disponibles du LEM3 et d'autres en cours de développement, nous pouvons générer des ensembles de microstructures, décrivant en particulier les phases, morphologies et orientations cristallographiques des grains. Des bases de données de volumes élémentaires représentatifs (VERs) peuvent alors être générées et utilisées comme entrée du modèle de simulation éléments finis pour simuler la propagation d'ondes ultrasonores à travers ces microstructures virtuelles. A partir de ces simulations, nous pouvons identifier facilement les propriétés d'un milieu effectif isotrope par l'analyse des fronts d'onde cohérent des ondes de pression et de cisaillement. Ces cas correspondent à des microstructures « idéalisées » non-texturées avec des morphologies de grains équiaxes. Des travaux récents ont démontré notre capacité à étendre cette méthodologie à des microstructures plus complexes présentant une texture et des morphologies de grains allongés conduisant à l'identification d'un milieu effectif anisotrope.
Ces travaux effectués au CEA méritent d'être validés sur des matériaux réels.
Disposant de descriptions « réalistes » des microstructures, l'association des simulations microstructurales et ultrasonores va ainsi permettre de mettre en évidence le potentiel en termes de contrôle non-destructif des ultrasons.
Cette thèse se déroulera principalement au CEA de Saclay au sein du laboratoire développant les outils de simulation ultrasonore, avec comme directeur de thèse Lionel GERMAIN, spécialiste de la caractérisation des microstructures du LEM3 à Metz.