Modélisation et simulation de l’impact de l’orientation de la structure microscopique d’un matériau métallique dans un processus de conduction thermique

Résumé

Le phénomène de conduction thermique est un des phénomènes physiques marquant des domaines de l’aéronautique ou du spatial que ce soit durant la durée de vie des pièces d’un porteur que pendant leurs processus de fabrication/traitement. Majoritairement, ce phénomène est modélisé via une équation de diffusion isotrope. Cependant dans certains contextes particuliers, tel que dans le cas de pièces ayant subi un écrouissage, il est possible d’observer une élongation des grains caractérisant leur structure cristallographique ce qui induit une propriété d’anisotropie au système. Or, il a été prouvé que la frontière entre deux grains représente une barrière thermique. Cette caractéristique pose alors la question de l’impact de la microstructure sur le phénomène de conduction thermique. Ainsi ce projet développe un modèle multi-échelle innovant qui tient compte de l’orientation de la microstructure propre aux matériaux métalliques. Plus précisément, l’orientation granulaire, l’orientation atomique et la variabilité de la résistance thermique aux frontières en fonction des différences d’orientation atomique de part et d’autres de la barrière, ont été mises en place. Il a fallu alors tester et implémenter différentes méthodes numériques pour faire face aux caractères non-linéaire et anisotrope de notre modèle de diffusion. Ainsi, nous mettons en exergue les variations que peut subir le champs thermique lors d’un processus de conduction en fonction des différents contextes microstructuraux. C’est à travers des campagnes numériques, se basant sur des approches par différences finies, que nous mettons en évidence l’impact concret de la microstructure sur ce phénomène. De plus, les observations numériques ont montré que l’orientation granulaire est le paramètre qui domine l’impact de la microstructure. Enfin une campagne expérimentale est menée pour étayer les observations numériques. Elle présente un protocole solide pour mesurer l’impact de l’orientation granulaire sur la conductivité d’un matériau.

Date	30 nov. 2022
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Sylvain G. Cloutier (Directeur(-trice)) & TestPrenomExterne TestNomExterne (Codirecteur(-trice))