Thèse Prévision de la Durée de Vie d'Un Système Superalliage Revêtu Barrière Thermique en Conditions Extrêmes pour Applications H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Mines Paris-PSL École doctorale : ISMME - Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique Laboratoire de recherche : Centre des Matériaux Direction de la thèse : Vincent MAUREL Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59 La demande annuelle en électricité est en constante augmentation dans l'Union Européenne, passant de l'ordre de 2280 TWh en 1990 à 2780 TWh en 2025, et en France d'environ 370 à 470 TWh sur la même période. La production d'électricité en Europe a quant à elle bondi de 7% entre 2000 et 2023, pour atteindre environ 4000 TWh en 2023. Dans ce contexte, il est nécessaire d'optimiser la production ponctuelle d'électricité pour pallier aux demandes soudaines d'électricité pouvant contraindre le réseau. Cette production ponctuelle se base en partie sur la technologie des turbines à gaz, qui permet une conversion de la combustion en production électrique. Or, ces turbines doivent être opérationnelles dans des temps courts et pour cela doivent être dimensionnées de façon fiable sans qu'aucun endommagement ne perturbe leur fonctionnement.
Dans ce contexte, l'ONERA et Mines Paris proposent un projet commun avec le groupe Siemens Energy sur l'estimation de la durée de vie des aubages, constitués de superalliages à base de nickel revêtus d'une barrière thermique (BT) épaisse en céramique (zircone partiellement stabilisée). Ces matériaux présentent l'avantage de détenir de bonnes propriétés thermomécaniques en température (> 1000°C) ainsi qu'une bonne compatibilité thermo-physique (coefficients de dilatation proches et chimies compatibles). La tenue du revêtement sur le substrat en service est, quant à elle, le point critique du développement et de la durée de vie du système complet. En effet, la barrière thermique permet d'isoler thermiquement le superalliage et limite considérablement le fluage, la corrosion et les autres dégradations possibles encourues par la partie métallique lors de la mise en service.
Cette thèse a pour ambition d'étudier le comportement du système superalliage/BT dans un environnement extrême, soumis à des températures élevées (~ 1250°C) et pour des sollicitations mécaniques intenses.
Il s'agit d'une part de réaliser et analyser des essais couplant ou non cyclage thermique et chargement mécanique, sur des bancs haute température, pour mettre en évidence les mécanismes de dégradation qui pilotent la durée de vie du système en service. Les barrières thermiques étudiées étant constituées de couches céramiques épaisses, la caractérisation de leur adhérence sur le substrat par la conduite d'essais de flexion et de compression sera mise en oeuvre, en parallèle de la caractérisation par choc laser (essai LASAT). Dans le but de mieux comprendre ces essais, une attention particulière sera portée sur la mise en place d'instrumentations in situ des essais, basées sur des méthodes optiques ou acoustiques ainsi que sur l'analyse post mortem par des observations au microscope électronique à balayage (MEB).
D'autre part, un travail numérique est à mener pour dimensionner les essais et comprendre les résultats expérimentaux, au travers d'un dialogue essai/calcul. Cette démarche pourra permettre la mise en place d'un modèle d'endommagement futur intégrant les mécanismes de dégradation rencontrés et d'aller vers une prévision plus juste de la durée de vie du système.
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