Thèse Caractérisation et Modélisation Mécanique d'Un Acier Haute Résitance Élaboré par Procédé Additif Ded pour Applications sur Pièces Critiques de Trains d'Atterrissage 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 : Cristian OVALLE-RODAS Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59 L'intégration de procédés de fabrication additive (DED - Directed Energy Deposition) dans la production de pièces de trains d'atterrissage en acier très haute résistance (THR - Rm > 1930 MPa) représente une rupture technologique stratégique pour l'industrie aéronautique. Ce sujet vise à développer et valider des méthodologies de caractérisation multi-échelle et de modélisation mécanique adaptées à l'hétérogénéité intrinsèque des aciers THR issus de DED, en ciblant in fine le dimensionnement des composants structuraux complexes. La fabrication conventionnelle des trains d'atterrissage repose sur l'usinage de grands forgés d'acier très haute résistance (THR), garantissant des propriétés mécaniques homogènes et reproductibles qui ont permis une certification en « Safe Life ». L'émergence des procédés de fabrication additive, comme le DED, offre désormais la possibilité d'optimiser la géométrie et la fonctionnalisation locale des pièces, avec d'importants gains potentiels sur le plan du coût, du cycle de production et de la masse. Cependant, les pièces issues des techniques DED présentent une structure métallurgique hétérogène (zones de recouvrement, interfaces, gradients microstructuraux) qui peuvent remettre en cause l'applicabilité directe des référentiels classiques de qualification matériau.
Afin d'étudier la possibilité de dimensionner des pièces en acier THR issues de procédés DED sur trains d'atterrissage, l'objectif est de lancer une thèse Cifre entre Safran Landing Systems (SLS) et le Centre des Matériaux de l'école des Mines de Paris (CMAT) traitant de la « caractérisation et modélisation mécanique d'un acier haute résitance élaboré par procédé additif DED pour applications sur pièces critiques de trains d'atterrissage ».
- Lien procédé-microstructure-et propriétés : Identifier et quantifier l'impact des paramètres du DED (vitesse de dépôt, énergie, taux d'apport...) sur la microstructure (taille de grain, orientation, défauts internes) et sur les propriétés mécaniques de l'acier 300M THR.
- Méthodes de caractérisation adaptées : Mettre au point un référentiel expérimental pour la caractérisation des zones critiques (jointure, recouvrement) à différentes échelles, depuis l'éprouvette standard jusqu'à la micro-éprouvette locale extraite en surface ou à l'interface.
- Modélisation et extrapolation aux structures : Développer des modèles prédictifs du comportement mécanique (statique, fatigue jusqu'à amorçage) tenant compte de l'hétérogénéité matière, afin de proposer des critères de dimensionnement robustes. Réviser la pyramide des essais SLS pour l'adapter à un matériau inhomogène.
- Préconisations pour le dimensionnement : Définir, sur la base des résultats expérimentaux et des simulations, un domaine d'applicabilité des procédés DED pour les pièces de strcuture de SLS, en considérant en particulier les pièces à forte sollicitation mécanique en acier.
Le cadre méthodologique de cette étude s'appuie sur la démarche scientifique, dans la mesure où les approches expérimentale, analytique et numérique permettent de caractériser à la fois le comportement mécanique et les propriétés des matériaux, afin de répondre à une problématique d'ingénierie.
La démarche proposée s'articule autour de trois axes principaux, ces axes de travail pourront être initié sur acier 300M THR forgé pour prise en main de l'alliage, de la émthologie et constitution d'une base de référence, avant d'être transférés au 300M THR DED :
o Axe 1 : Expérimentation multi-échelle
Réalisation de séries d'éprouvettes et de micro-éprouvettes selon différentes conditions DED (paramétrie procédé, design d'ajouts localisés)
Caractérisation métallurgique (optique, EBSD, MEB, tomographie) et mécanique (traction, fatigue jusqu'à amorçage)
Analyse fine des singularités matière (interface substrat, recouvrement, gradient microstructural)

o Axe 2 : Modélisation et corrélations
Construction de modèles mécaniques couplant microstructure et comportement global (homogénéisation, mécanique de la rupture, critères locaux d'amorçage)
Simulation numérique des pièces types pour identifier les zones sensibles

o Axe 3 : Dimensionnement et préconisations
Définition des critères d'acceptabilité des défauts et de dimensionnement sécurité (statique, fatigue, tolérence aux dommages)
Propositions de rétro-conception matériau/procédé pour sécuriser la conception en DED de pièce ou l'interface pièce-ajout DED et répondre aux exigences de dimensionnement