Développement de la micromécanique à hautes températures pour la recyclabilité par voie solide des tôles revêtues

Development of high-temperature micromechanics for reciclability by solid means of coated sheets.

• Auteur / Autrice : Awen Ferrand
• Direction : Sophie Berveiller, Damien Texier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 03/11/2025
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEM3 - Laboratoire d Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : DEPARTEMENT 1 : Mécanique des Matériaux, des Structures et du Vivant (MMSV)

Mots clés

Mots clés libres

Acier au bore

Revêtement aluminier

Contrainte résiduelle

Modélisation micromécanique

Boron steel

Aluminium coating

Residual stress

Micromechanical modelling

Résumé

Aujourd'hui, une grande partie des déchets métalliques sont recyclés pour être réinjectés dans un nouveau cycle de production, dont les aciers recyclés communément appelés « ferrailles ». Au niveau européen, la France réemploie environ 5,7 millions de tonnes de ferrailles, ce qui représente 46% des déchets collectés et la place bien en-dessous de partenaires européens (86% en Italie). Or une augmentation de la consommation des aciers est attendue d'ici à 2030, car il est indispensable à la majorité des technologies de la transition énergétique. Cette augmentation de production d'aciers devra s'accompagner d'une décarbonation des procédés d'élaboration, les utilisateurs en aval devant inclure l'empreinte carbone totale des produits finis dans leur bilan, souvent majoritairement située dans la production de la matière première.  Si le recyclage par refusion des ferrailles permet de réduire une partie de ces émissions, il ne convient pas à toutes les familles d'acier du fait d'une potentielle dégradation des propriétés d'emploi ; de plus, dans le cas d'aciers revêtus (le revêtement ayant une action de protection vis-à-vis de la corrosion par exemple), cela conduit à l'introduction d'éléments non souhaités dans la composition chimique lors de la refusion. Aussi, une deuxième voie peut être développée, le recyclage par voie solide. Dans le cas des tôles, cela consiste en une remise à plat de pièces embouties pour l'obtention de produits plats qui puissent être à nouveau emboutis. Toutefois ces étapes sont susceptibles d'affecter la microstructure et l'intégrité du revêtement lorsqu'elles sont réalisées à haute température. Aussi l'objectif de cette thèse est d'étudier l'influence du recyclage par voie solide sur les propriétés microstructurales et mécaniques du revêtement d'un acier « Press-Hardened Steel (PHS) », acier de dernière génération pour l'allègement des structures automobile qui est mis en forme à chaud. Il sera réalisé en trois étapes : Développement d'une méthodologie d'essais pour la caractérisation à haute température des propriétés microstructurales et mécaniques du revêtement ; Détermination de l'évolution du revêtement en fonction des conditions de recyclage ; Développement d'un modèle éléments finis d'emboutissage de la tôle recyclée avec prise en compte du revêtement.

Today, a large proportion of metal waste is recycled and reintroduced into a new production cycle, including recycled steel commonly known as ‘scrap metal'. At the European level, France reuses approximately 5.7 million tonnes of scrap metal, representing 46% of the waste collected, which places it well below its European partners (86% in Italy). However, steel consumption is expected to increase between now and 2030, as it is essential to most energy transition technologies. This increase in steel production will have to be accompanied by the decarbonisation of manufacturing processes, as downstream users will have to include the total carbon footprint of finished products in their balance sheets, which is often mainly located in the production of raw materials. Although recycling scrap metal by remelting reduces some of these emissions, it is not suitable for all types of steel due to potential degradation of their properties; moreover, in the case of coated steels (where the coating protects against corrosion, for example), this leads to the introduction of undesirable elements into the chemical composition during remelting. Therefore, a second method can be developed: solid recycling. In the case of sheet metal, this consists of flattening stamped parts to obtain flat products that can be stamped again. However, these steps are likely to affect the microstructure and integrity of the coating when carried out at high temperatures. Therefore, the objective of this thesis is to study the influence of solid recycling on the microstructural and mechanical properties of the coating of Press-Hardened Steel (PHS), a latest-generation steel for lightweighting automotive structures that is hot-formed. It will be carried out in three stages: Development of a testing methodology for high-temperature characterisation of the microstructural and mechanical properties of the coating; Determination of the evolution of the coating as a function of recycling conditions; Development of a finite element model for deep drawing of recycled sheet metal, taking into account the coating.