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11.10.2006 - Matériaux

Succès pour la microindentation à haute température

Pour avancer dans la connaissance des propriétés micromécaniques des matériaux chauds des aubes de turbines de réacteur, Bruno Passilly conçoit et développe des appareil de caractérisation bien spécifiques.

Systèmes multicouches protégeant les aubes de turbines de réacteurs, les barrières thermiques sont un sujet fort à l’Onera. Pour avancer dans la connaissance des propriétés micromécaniques de ces matériaux chauds, Bruno Passilly, a développé un premier appareil de microindentation fonctionnant entre 600° et 1000° C, puis conçu le prototype d’un second appareil pour flirter avec les 1200° C. " C’est un tout autre univers " résume l’ingénieur de recherche. Un dépôt de brevet est en cours.

Depuis 15 ans au département des Matériaux et systèmes composites (DMSC), Bruno Passilly conçoit et développe de nouveaux moyens d’essais micromécaniques. Autrement dit, il imagine souvent des " moutons à cinq pattes " pour répondre aux demandes des collègues ou des industriels. Ainsi a germé l’idée du premier prototype d’appareil de microindentation à 600° C. " Rémy Mevrel, le responsable d’un projet de recherche pour les barrières thermiques m’a demandé en 1996 de le développer pour caractériser ces matériaux en micromécanique " explique cet ingénieur du CNAM dont le mémoire de fin d’études traitait déjà en 1993 de la conception de ce type d’appareil. Premier prototype qui a fonctionné à 600° C, puis à 800° C, puis à 1000° C.

De l’avance sur ses principaux rivaux Américains et Japonais

Ce prototype fait de l’Onera le pionnier dans la caractérisation par microindentation des revêtements à haute température, c’est-à-dire jusqu’à 1000°C. Principe : on utilise un matériau dur pour appuyer sur un matériau mou. De l’empreinte laissée, on déduit la dureté du matériau testé. " Partant de cette idée, on mesure la dureté du matériau, on détermine des modules d’élasticité et, à haute température, ses propriétés de fluage. Il suffit de mesurer dans le temps la force exercée par le poinçon sur le matériau et le déplacement associé " résume Bruno Passilly.

Depuis le succès de ce nouveau moyen au congrès " Instrumented Indentation Testing in Materials Research and Development " d’octobre 2005 en Crête - avec la coopération pluridisciplinaire de Rémy Mevrel (Matériaux métalliques et procédés ), Pascale Kanouté (Mécanique du solide et de l'endommagement) et François Henry Leroy (Matériaux et systèmes composites ) - " Des contrats sont signés avec des industriels travaillant dans d’autres secteurs que l’aéronautique et des essais conduits pour un grand groupe verrier qui souhaitait l’expertise de moules de bouteille de liqueur française. Autre référence : des engrenages de boîtes de vitesses pour un groupe automobile, alors qu’un autre groupe du secteur avait fait appel à nous précédemment pour caractériser des revêtements de châssis de voitures ". L’Onera a déposé une demande de brevet, et réfléchit à l’éventuelle commercialisation de cet appareil.

Entre temps, Bruno Passilly, avec l’aide de Michel Bejet, s’est lancé dans le développement d’un nouvel appareil visant les 1200°C. Aussi pour cette nouvelle machine, cet ingénieur a-t-il choisi d’utiliser une technologie ultra-vide qui permet de raréfier l’oxygène. "  D’autres équipes dans le monde, aux Etats-Unis, mais aussi au Japon, cherchent à développer des appareils équivalents. Cela dit nous conservons de l’avance sur nos principaux rivaux que sont les Américains et les Japonais ", indique-t-il.

Deux appareils pour satisfaire les demandes

Passer la barre des 1200° C ? Ses collègues le lui demandent. " C’est possible " répond Bruno Passilly. " Il faudra alors trouver des solutions au niveau du système de chauffage utilisé et de l’instrumentation. Au prix d’une complexification de la technologie ". Pour l’heure, les deux machines inventées lui permettent à la fois de satisfaire la demande industrielle et étatique, de poursuivre les développements du nouveau prototype et suivre une thèse sur le sujet . L’enjeu : la microindentation instrumentée à haute température sur les barrières thermiques.