Chaire industrielle ANR « Self-Heating » : Prédire l’endurance des matériaux grâce à la mesure de la signature thermique

Enjeux technologiques :  prédire la tenue en service des systèmes aériens et navals

La chaire industrielle ANR "SELF-HEATING" a pour ambition de répondre à un défi stratégique et ambitieux de Safran, de Naval Group et des équipes académiques partenaires : prédire la tenue en service et être capable de dimensionner au mieux en utilisant les matériaux et assemblages les plus adaptés à chaque contexte et à chaque partie de l’architecture des systèmes aériens ou navals.

Pour y arriver, ce programme de recherche s’appuie sur la méthode « self-heating » (auto-échauffement), c’est-à-dire la prise de température d’un matériau, dans des conditions expérimentales précises. Cette technique permet de prédire des points de fragilité, pour alimenter les codes de calcul des bureaux d’étude et ainsi retarder voire éviter les avaries dès la conception d’un navire, d’un sous-marin ou d’un avion. La volonté commune des groupes Safran et Naval Group est de développer et d'étendre cette approche scientifique de « mesure thermique » (ou mesure de l’auto-échauffement) à l'ensemble des matériaux utilisés dans leurs applications respectives  et de s'intéresser aux paramètres jouant sur la fatigue de leurs matériaux (température, procédé de fabrication, nature du chargement, traitements de surface, etc.).
 

« Self-heating » : prendre la température d’un matériau 

L’ équipe de chercheurs de l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL), basée sur le site de l’ENSTA Bretagne, travaille à l’utilisation de telles mesures thermiques pour prévoir la durée de vie en fatigue des structures, c’est-à-dire leur capacité à résister à un effort relativement faible mais répété un grand ou très grande nombre de fois. 

La méthode scientifique de mesure et modélisation de l’auto-échauffement (self-heating) est prometteuse. Elle donne depuis 15 ans de très bons résultats pour déterminer de manière rapide et précise la limite d’endurance des matériaux. Elle offre plusieurs avantages aux entreprises des industries de pointe : rapidité de caractérisation et de prédiction des propriétés des matériaux, finesse d’information, modalités expérimentales spécifiques plus économes en matériaux et budgets liés aux essais de caractérisation 10 fois moins élevés.

Il s’agit de mesurer et modéliser la signature thermique de matériaux. Les études portent sur toutes classes de matériaux qui sont soumis à des risques d’endommagement du fait d’importantes sollicitations dans leurs conditions de fonctionnement. A l’instar de quelques autres équipes de recherche dans le monde et en Europe, l’ENSTA Bretagne (via l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme), a depuis plusieurs années développé son savoir-faire dans ce domaine, aux côtés des industriels comme Safran, Naval Group et d’autres grands noms de l’industrie française.
 

Une chaire associant ENSTA Bretagne/laboratoire IRDL, Naval Group, Safran et l’institut P’, la première du genre en Bretagne !

L’équipe IRDL de l’ENSTA Bretagne, deux industriels, Naval Group et Safran, et l’institut P’ ont présenté le programme « Self-Heating » à l’ANR dans le cadre des chaires industrielles 2020, et obtenu son co-financement durant l’été 2020. Le budget de recherche s’élève à 2,05 millions d’euros pour 4 ans et permet de constituer une équipe dédiée (8 thèses et 4 post-doctorants) et d’acquérir des moyens d’essais complémentaires. C’est la première chaire industrielle du genre sur le territoire breton.