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Sourd, Xavier. Étude de l'usinage par jet d'eau abrasif de pièces multimatériaux de moteur d'aéronefs en vue de leur réparation

Sourd, Xavier (2022). Étude de l'usinage par jet d'eau abrasif de pièces multimatériaux de moteur d'aéronefs en vue de leur réparation.

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Résumé en francais

Le procédé d'usinage par jet d'eau abrasif (JEA) a récemment été considéré par les constructeurs aéronautiques comme une technique alternative à l'usinage conventionnel pour les applications de réparation de structures composites ou hybrides. En effet, ce procédé d'enlèvement de matière présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes conventionnelles lorsqu'on considère des matériaux avancés. Pour des raisons à la fois économiques et écologiques, Safran Aircraft Engines, en collaboration avec l'Institut Clément Ader, propose d'utiliser l'usinage JEA pour réparer les aubes de soufflante de ses moteurs LEAP (Leading Edge Aviation Propulsion), composées d'un Polymère Renforcé de Fibres de Carbone (PRFC) tissées en 3D et de l'alliage de titane Ti6Al4V. Ce procédé représente une alternative pertinente à l'usinage chimique actuellement employé dans l'industrie aéronautique. Compte tenu des réglementations de maintenance strictes établies par les agences gouvernementales, telles que l'Agence Européenne de la Sécurité Aérienne (AESA), les connaissances sur de nombreux aspects du processus d'usinage JEA sont actuellement trop limitées pour pouvoir utiliser ce procédé de manière fiable à une échelle industrielle. Dans ce contexte, ce travail de thèse s'est porté sur trois principaux thèmes. Dans un premier temps, l'influence des paramètres d'usinage par JEA sur l'enlèvement de matière et la qualité de surface (défauts, contamination...) du PRFC tissé 3D et de l'alliage de titane Ti6Al4V est étudiée. Le critère de qualité de surface appelé volume de cratère (Cv), basé sur la quantification des défauts en forme de cratère induits par les particules abrasives, s'avère adapté pour décrire les surfaces générées par usinage JEA. Une étude approfondie a également été réalisée sur la quantification de la contamination de surface par les grains d'abrasif lors de l'usinage du Ti6Al4V. Dans le but de réduire ce taux de contamination sans modification de la qualité de surface des éprouvettes, une solution basée sur l'utilisation de jet d'eau pure (sans abrasif) a été proposée. Dans un second temps, l'effet des défauts induits par l'usinage JEA sur le comportement mécanique en statique (traction) et en fatigue (traction-traction) des éprouvettes texturées est investigué. De bonnes corrélations sont établies entre la qualité de surface décrite par le critère Cv et la résistance à rupture en traction et la limite d'endurance. Les scénarios d'endommagement des éprouvettes sont analysés grâce à une multi-instrumentation des essais (corrélation d'images numériques, thermographie, tomographie aux rayons X, émission acoustique). Enfin, l'influence de la texturation de surface par JEA sur les propriétés adhésives des assemblages PRFC/PRFC est étudiée via des essais DCB (Double Cantilever Beam). Une fois de plus, le volume du cratère est un indicateur approprié pour corréler la qualité de surface des adhérents et les propriétés adhésives des assemblages. De plus, tous les assemblages dont les surfaces ont été préparées par texturation JEA possèdent un meilleur taux de libération d'énergie critique en mode I (GIc) que ceux préparés par sablage comme cela est habituellement fait dans le contexte industriel. Les résultats de ces travaux confirment l'efficacité du procédé d'usinage JEA pour des opérations de réparation dans l'industrie aéronautique.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Zitoune, Redouane
Crouzeix, Laurent
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Institut Clément Ader (ICA-Toulouse)
Mots-clés libres :Jet d'eau abrasif - Composites tissés 3D - Alliage Ti6Al4V - Défauts d'usinage - Caractérisation de surface - Comportement en fatigue - Propriétés adhésives - Réparation
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :10 Mar 2022 15:23