Thèse de doctorat (H/F) - Etude de la tenue mécanique aux impacts et optimisation de revêtements soumis

Sujet de thèse :
Contexte, problématique et objectifs

Mots clés : Revêtements - Impacts à faible énergie - Endommagement - Frottement sec - Essais tribologiques - Usure - Modélisation semi-analytique - Dialogue expérimentation/modèle

Des études menées en conditions de frottement sévères pour SAFRAN Aircraft Engines (SAE) - caractérisées par des vitesses de glissement et des pressions normales élevées, combinées à un chargement quasi-instantané - représentatives de celles rencontrées dans la liaison pied d’aube/rotor d’un turboréacteur 1, 2, ont mené à la détérioration de la surface de contact, dépendant de plusieurs propriétés physiques et mécaniques (oxydation, usures adhésive et abrasive …) et ont mis en évidence l’apparition de fissures localisées.
Dans le cadre du projet Multi Arc Oxydation (MAO) entrepris en collaboration avec SAE et l’IRT M2P 3, 4, celles-ci se propagent préférentiellement à l’interface revêtement/substrat, dans le cas de matériaux massifs en alliage de titane (Ti6Al4V) recouverts de dépôts protecteurs (MAO). Ce phénomène compromet l’efficacité du procédé d’amélioration des propriétés de surface pour cette application spécifique.
L’enjeu de cette thèse est de développer des essais discriminants permettant d’orienter efficacement le choix des revêtements. Ces essais, simples et économiques, seront réalisés en amont des tests de frottement afin de sélectionner les revêtements les plus prometteurs avant d’engager des essais tribologiques plus spécifiques, coûteux et complexes, reproduisant des conditions de contact réelles. L’approche adoptée s’articulera autour d’une approche mettant en exergue le dialogue expérimentation/modèle, couplant phases expérimentales et modélisation des phénomènes mis en évidence.
Dans un premier temps, il s’agira de soumettre divers revêtements à un protocole expérimental de test simples, reproductibles et peu coûteux, permettant d’évaluer leur tenue mécanique avant d’engager des essais tribologiques plus complexes et représentatifs des conditions de service. Ainsi, les revêtements seront évalués par des essais d’impact réalisés à l’aide d’un banc balistique instrumenté. Un projectile en acier ou en tungstène sera projeté à vitesse contrôlée sur des éprouvettes thermorégulées. Cette configuration expérimentale permettra de caractériser différents mécanismes d’endommagement (déformation plastique, fissuration, décohésion revêtement/substrat ou densification) en fonction du niveau d’énergie appliqué. Des impacts répétés, localisés sur une même zone ou distribués en réseau, seront également étudiés afin d’explorer d’éventuels phénomènes de fatigue mécanique. La pertinence et la fiabilité de ce dispositif expérimental ont déjà été validées à travers plusieurs collaborations de recherche menées entre 2023 et 2025 avec Safran Tech, Safran Aircraft Engines et Safran Ceramics. Il sera complémenté par moyen d’analyse d’Emission Acoustique (EA), technique
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