Description du sujet de thèse

Le développement de nouveaux matériaux offrant la possibilité d’augmenter les températures de fonctionnement des turboréacteurs est un des leviers pour contribuer à l’amélioration de leur performance (ratio poussée/masse) et de leur efficacité (réduction des émissions polluantes).
Lorsqu’ils sont employés pour la fabrication de disques de turbines, les superalliages doivent répondre à un cahier des charges antagonistes : une résistance en traction élevée au niveau de l’alésage du disque, soumis aux plus fortes contraintes mécaniques, couplée à une bonne résistance au fluage dans la jante du disque, soumise aux plus hautes températures. Une augmentation des températures de fonctionnement des turbines se répercute ainsi sur l’ensemble du disque, ce qui impose l’amélioration de la tenue mécanique en statique et en fluage des matériaux employés sur l’ensemble du gradient de températures constaté. Pour la fabrication de disques de turbines, les superalliages base nickel sont des matériaux incontournables de par leurs propriétés et leur stabilité à haute température. Notamment, les alliages, durcis par précipitation de la phase γ'', à l’image de l’Inconel 718 (considéré comme alliage de référence), se démarquent des alliages renforcés par précipitation de la phase γ’ couramment utilisée car ils présentent une excellente fabricabilité (forgeabilité, laminage, réparabilité, soudabilité). Cependant, leur limite de fonctionnement en température est plus basse par rapport aux alliages durcis par la phase γ’. Par exemple, l’Inconel 718 possède d’excellentes propriétés mécaniques en traction jusqu’à 600-650 °C, température au-delà de laquelle la phase γ'' métastable se transforme en phase δ stable sans pouvoir durcissant. Le développement de nouveaux superalliages durcis par la phase γ'' stable aux températures supérieures à 700 °C représente alors une voie d’amélioration significative du rendement et de l’efficacité des futurs turboréacteurs.
Cette thèse vise donc le développement de nouveaux superalliages base nickel à durcissement par précipitation de phase γ'' avec des propriétés stables à des températures plus élevées (cible 800-900 °C) que celles des alliages existants. Ce travail repose sur le couplage entre des méthodes numériques pour la recherche accélérée de compositions prometteuses et des techniques de caractérisation avancées pour l’analyse et l’optimisation des microstructures. Le but principal est la compréhension des mécanismes de formation de la phase γ'' afin d’identifier des compositions d’alliages prometteuses.

Contexte de travail

L’Institut Jean Lamour (IJL) est une unité mixte de recherche du CNRS et de l’Université de Lorraine. Il est rattaché à l’Institut de Chimie du CNRS. Spécialisé en science et ingénierie des matériaux et des procédés, il couvre les champs suivants : matériaux, métallurgie, plasmas, surfaces, nanomatériaux, électronique.
L'IJL compte 263 permanents (30 chercheurs, 134 enseignants-chercheurs, 99 IT-BIATSS) et 394 non-permanents (182 doctorants, 62 post-doctorants / chercheurs contractuels et plus de 150 stagiaires), de 45 nationalités différentes. Il collabore avec plus de 150 partenaires industriels et ses collaborations académiques se déploient dans une trentaine de pays. Son parc instrumental exceptionnel est réparti sur 4 sites dont le principal est situé sur le campus ARTEM à Nancy.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

/