NANOISET 2024 – Maîtrise mécanique des surfaces à haute température par nanoindentation et dynamique des dislocations

Recherche et innovations du projet Nanoiset

L’objectif est de mieux comprendre les effets d’échelles des matériaux en fonction de la température par un couplage unique mêlant expérimentation par nano indentation haute température – simulation numérique de type DDD – cartographie de surface.
Le frottement et l’usure des contacts industriels sont responsables d’un quart de la consommation énergétique mondiale. Il est donc primordial de mieux maîtriser ces surfaces, et notamment leurs propriétés mécaniques, à température de fonctionnement. En proche surface, celles-ci peuvent être supérieures à celles en volume, on parle alors d’effets d’échelles, bénéfiques en terme de résistance à l’usure.
Pour cela, le LTDS de l’institut Carnot Ingénierie@Lyon et le SIMaP de l’institut Carnot Energies du Futur allieront leurs compétences, pour développer un couplage expérimentation par nano indentation haute température-simulation numérique de type Dynamique des Dislocations Discrètes-cartographie de surface, afin de répondre à cet objectif scientifique. La partie expérimentation par nano indentation haute température sera réalisée par le LTDS grâce à son dispositif qui sera développé spécialement dans ce projet et permettra de détecter les effets d’échelles de façon fiable en température. Les deux autres parties seront réalisées par le SIMaP : des simulations DDD seront développées pour comprendre l’origine des effets d’échelles en température, et des cartographies de surfaces, réalisées par EBSD et indentation fast mapping permettront de quantifier l’influence de l’orientation des grains de surface sur les effets d’échelles.

A gauche, évolution de la dureté et de la microstructure d’un cuivre recuit en fonction de la température, mesurée par la technique HTSI développée par le LTDS. A droite, simulation par DDD développée par le SIMaP, couplée à la méthode des éléments finis de l’indentation suivant (111) d’un monocristal de Cu et zoom sur la topologie du relief de surface donnant accès à la dureté exacte.

Intérêt sociétal, environnemental

Ce projet permettra de renforcer les collaborations régionales existantes sur le thème de la caractérisation des surfaces entre les sites de Lyon, Grenoble et St Etienne et pour lequel un projet de plateforme régionale est en maturation.

Ensuite ce projet a pour objectif de créer un prototype unique de caractérisation à haute température des surfaces, alliant les compétences expérimentales et numériques des deux partenaires, afin de mieux maîtriser les surfaces mécaniques industrielles en condition thermique d’utilisation. Ce prototype a pour objectif d’être source de publications de rang A, de brevets et de futures collaborations industrielles qui aideront au renouveau industriel, notamment dans les domaines du transport et de l’énergie.