Thèse Etude de l'Effet de l'Usinage Chimique du Titane Ta6v sur son Enrichissement par l'Hydrogène Conséquences Métallurgiques et Impact sur ses Caractéristiques Mécaniques 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 : Abdelali OUDRISS ORCID 0000000311753588 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59 L'usinage chimique du titane Ti6Al4V, couramment utilisé dans les applications aéronautiques, peut induire une absorption d'hydrogène susceptible d'altérer les propriétés du matériau. Cet enrichissement, souvent hétérogène, peut conduire à la formation d'hydrures et affecter localement la microstructure, avec des conséquences potentielles sur la ductilité, la résistance à la fissuration et la tenue en fatigue.
L'objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes de chargement en hydrogène lors de l'usinage chimique, d'identifier les facteurs contrôlant sa diffusion et sa localisation, et d'analyser les interactions entre hydrogène et microstructure. Une attention particulière sera portée à la formation de gradients d'hydrogène et à leur influence sur les propriétés locales et globales du matériau.
Les travaux s'appuieront sur des approches expérimentales multiéchelles combinant mesures d'hydrogène, caractérisations microstructurales avancées et essais mécaniques, notamment en traction et en propagation de fissures. L'influence de l'hydrogène sur les mécanismes d'endommagement sera ainsi étudiée dans des conditions représentatives du service.
Enfin, l'étude visera à évaluer l'impact de cet enrichissement sur la tenue en service des composants et à proposer des recommandations permettant d'optimiser les procédés industriels et les méthodes de contrôle.
Safran Aircraft Engines conçoit, produit et commercialise, seul ou en coopération, des moteurs aéronautiques civils et militaires aux meilleurs niveaux de performance, fiabilité et respect de l'environnement. Dans ce cadre, les alliages de titane sont largement employés, en lien avec leur rapport masse volumique / résistance mécanique intéressant pour un grand nombre d'applications (disques, aubages, carters de structure, renforcement de pièces composites, etc...).

Lors des opérations de fabrications de certains articles, les pièces peuvent être usinées par un moyen chimique, au travers d'opérations dites « d'usinage chimique », généralement réalisées par immersion des pièces dans un mélange d'acides, permettant la dissolution chimique de la surface à vitesse contrôlée, et permettant d'obtenir notamment des parois fines sur des pièces de géométries complexes. Néanmoins, ce type de procédés présentent toutefois un inconvénient : la formation d'hydrogène (en lien avec l'hydrolyse de l'eau présente dans le milieu acide) et pouvant alors diffuser dans le matériau, généralement sous forme de gradient, et générant un possible enrichissement du titane. Sous cette forme, et sous certaines conditions, l'hydrogène diffuse alors dans le matériau et peut, selon sa concentration, conduire à la formation d'hydrures de titane au niveau de certains sites microstructuraux spécifiques pouvant affecter les caractéristiques mécaniques des pièces (statiques ou dynamiques notamment).

Se posent alors plusieurs questions techniques et scientifiques concernant la cinétique de chargement par l'hydrogène dans les bains d'usinage chimique, la méthodologie d'analyse et de localisation de cet hydrogène, l'influence de ce dernier sur la microstructure des articles selon leur mode d'élaboration, ou encore l'impact de cet hydrogène sur certaines caractéristiques mécaniques dimensionnantes des articles produits par Safran Aircraft Engines.
Compte tenu des enjeux industriels forts, Safran Aircraft Engines s'associe aux laboratoire CMAT des Mines Paris - PSL et au laboratoire LaSIE de l'université de la Rochelle afin d'adresser ces différentes thématiques autour d'une thèse CIFRE dont les principales missions seront les suivantes :

Compréhension et reproduction en laboratoire des phénomènes de diffusion de l'hydrogène généré lors des opérations d'usinages chimique ;
Méthodologie de détection et de localisation de l'hydrogène dans le titane ;
Mise en évidence de l'influence d'un gradient d'enrichissement en hydrogène sur les caractéristiques métallurgiques de différentes formes d'alliages de titane (tôles, barres, etc.) ;
Définition d'éprouvettes mécaniques et étude de l'influence de l'hydrogène sur des caractéristiques mécaniques telles que la traction ou la résistance à la fissuration, en lien avec la proposition d'un scénario d'endommagement ;
Mise en perspective des données récoltées sur la tenue en propagation d'un alliage de titane enrichie en hydrogène vis-à-vis de la durée de vie en service (amorçage, propagation de fissure) ;
Les travaux de thèse visent également à proposer des optimisations concernant les réalisations industrielles menées par Safran Aircraft Engines en termes de gamme de traitements, d'analyse microstructurales, de méthodes d'essais employées pour le suivi série et le contrôle des pièces, ou encore de la mise en oeuvre et d'analyse des résultats d'essais mécaniques.