Étude des contraintes thermomécaniques dans les dépôts obtenus par projection plasma : Modélisation de l’écrasement et de la solidification des gouttes céramiques
Auteur / Autrice : | Soufiane Oukach |
Direction : | Bernard Pateyron, Hassan Hamdi, Mohammed El Ganaoui, Lech Pawlowski |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Matériaux céramiques et traitements de surface. Energétique |
Date : | Soutenance en 2016 |
Etablissement(s) : | Limoges en cotutelle avec Marrakech |
Partenaire(s) de recherche : | autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques |
Mots clés
Résumé
L’intérêt des dépôts plasma de haute performance augmente jour après jour en raison de l’utilisation cruciale de ces dépôts dans des applications industrielles de plus en plus nombreuses. Ces dépôts sont obtenus par empilements successifs de lamelles formées de particules fondues et accélérées dans le jet plasma qui viennent s'étaler et se solidifier sur le substrat ou sur les lamelles sous-jacentes. La microstructure de ces dépôts et donc leurs propriétés (thermiques, mécaniques, optiques, électriques, etc. ) sont directement liées à la microstructure de ces lamelles et à la nature de leur contact avec le substrat ou lamelles déjà déposées. Bien concevoir cette structure, permet de s’affranchir de limitations qui dégradent la qualité de ces dépôts et donc d'augmenter leur performance. Une meilleure compréhension du processus de l'écrasement d'une goutte individuelle sur un substrat est donc le verrou de la formation des dépôts. Ce travail de thèse s'inscrit donc dans le cadre d'une meilleure compréhension de la structure du dépôt plasma. Il s'articule autour de la simulation du processus de l'écrasement d'une goutte d'un matériau céramique (alumine) dans les conditions usuelles de la projection plasma par l’usage de la méthode iso niveau (Level Set) pour le suivi de l'interface et la méthode des éléments finis pour résoudre les équations différentielles partielles qui régissent ce processus. Les résultats numériques obtenus permettent d’induire une nouvelle corrélation prédictive du coefficient d'étalement maximum en fonction du nombre de Reynolds pour des vitesses d'impact élevées (>200 m/s), et aussi de mettre en évidence les paramètres et phénomènes physiques qui régissent principalement l'écrasement et la solidification d'une goutte individuelle ainsi la formation d'une lamelle. L'impact d'une goutte sur un substrat incliné est aussi simulé. L'impact simultané de deux ou de trois gouttes sur un substrat est étudié ce qui montre la capacité de ce modèle à simuler la construction du dépôt. Enfin, un couplage thermomécanique permet d'étudier les contraintes thermomécaniques au sein d'une lamelle individuelle.