N°427 - Mars/avril 2014

La modélisation et la simulation numérique pour prévoir, optimiser et innover

Dans le domaine des traitements thermiques et de l’ingénierie des surfaces, la simulation numérique est devenue un outil essentiel et indispensable pour mieux comprendre l’ensemble des processus mis en jeu et leurs interactions et mieux optimiser des traitements. Ainsi par exemple, pour les traitements thermiques des alliages métalliques comme la trempe ou le revenu, les traitements thermiques superficiels avec chauffage par induction, laser, faisceau d’électrons, les traitements thermochimiques (nitruration, cémentation, carbonitruration…) que l’on peut élargir aux procédés de soudage, usinage, on cherchera à optimiser les propriétés mécaniques des pièces via les microstructures tout en maîtrisant les contraintes résiduelles et les déformations. Les outils numériques prennent en compte la modélisation d’une part du comportement des alliages et d’autre part des procédés aux échelles pertinentes, l’implémentation de ces modèles dans des codes de calcul par éléments finis qui doivent être optimisés du point de vue des temps de calcul et des tailles de modèles pour être utilisables dans la pratique industrielle. L’application de ces outils passe par l’obtention de données d’entrée fiables et la validation expérimentale sur éprouvettes et pièces instrumentées. Cette étape est souvent lourde car elle nécessite des essais nombreux et complexes mais elle est indispensable pour s’assurer que les prévisions sont réalistes.  In fine, l’expérimentation numérique permet à l’industriel de trouver les paramètres de traitement optimaux, de le guider dans le choix des matériaux et des traitements et de développer et tester des solutions innovantes en matériaux et procédés. Elle est une aide à la conception de produits plus performants en réduisant les cycles de mise au point et donc les coûts. Mais, il ne faut pas oublier que les modèles sont des simplifications de la réalité et qu’une expérimentation ciblée (grâce à la simulation numérique) sur prototypes représentatifs est le « juge de paix » final. L’innovation portera aussi sur l’enchaînement de modèles et de simulations qui peuvent aller de l’élaboration des alliages métalliques jusqu’au comportement des pièces industrielles en service pour répondre mieux et plus vite aux enjeux majeurs de l’allègement notamment dans des filières telles que l’automobile et l’aéronautique. Le challenge est d’alléger tout en préservant ou améliorant la durabilité, la sécurité et donc les performances ; l’enjeu sociétal de l’énergie gagnée à l’utilisation vaut bien celui de l’énergie dépensée en recherche à réfléchir, comprendre, expérimenter, modéliser et développer de nouvelles approches. Ces différents aspects ont été traités récemment lors de la journée A3TS « Matériaux, Recherche et Procédés » qui s’est tenue à Nancy le 27 mars dernier.

Sabine Denis, Directeur adjoint scientifique Métallurgie et Ingénierie des surfaces, Institut Jean Lamour, Nancy