Prix Master FERMI 2025 : Julien Richard

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Source(s): Le Centre des matériaux de MINES PARIS 

Le prix Master FERMI 2025 a été attribué à Julien Richard pour son travail sur la modélisation numérique des aciers ségrégés dans les pièces forgées de grande dimension utilisées dans l’industrie nucléaire, dans le cadre de son stage de Mastère Spécialisé Design des Matériaux et Structures réalisé au Centre des Matériaux en partenariat avec Framatome.

Julien Richard a réalisé son stage au Centre des Matériaux à Évry-Courcouronnes, sous la responsabilité de Pierre Kerfriden, Jacques Besson, Basile Marchand, Régis Kenko, Eric Andrieu (CIRIMAT) et Pierre Joly (Framatome). Il est ingénieur ENSIACET et poursuit actuellement sa formation par la recherche à l’IRCP Chimie ParisTech. Il a reçu le prix Master Matériaux 2025 de la Fédération FERMI.

Son travail porte sur la digitalisation d’un matériau fortement hétérogène : les aciers ségrégés dans les pièces forgées de grande dimension utilisées dans l’industrie nucléaire. Un jumeau numérique a été développé dans le but de caractériser le comportement mécanique d’un acier présentant des hétérogénéités mésoscopiques en concentration d’éléments d’alliage, appelées ségrégations. Ceci a été réalisé en élaborant une stratégie innovante de dialogue entre expérimentations et simulations numériques.  

Pour ce faire, des éprouvettes de traction de très faible épaisseur ont préalablement été soumises à une attaque chimique au Nital, révélant le niveau de ségrégation qui apparaît comme un niveau de gris optique en surface. Ces hétérogénéités mésoscopiques sont ensuite caractérisées et numérisées spatialement dans le volume de l’éprouvette (1). Des essais de traction, instrumentés et couplés à un suivi par corrélation d’images numériques (DIC), ont permis d’extraire les champs de déformation hétérogène associés à chaque essai (2). D’autre part, la méthode des éléments finis (EF) a été utilisée pour simuler le comportement mécanique hétérogène des éprouvettes de traction, les paramètres de la loi de comportement élasto-plastique étant supposés variables dans l’espace, et indexé sur le niveau de ségrégation locale (3). Après avoir transféré les champs de ségrégation sur les éprouvettes numériques, il a été possible de comparer les champs de déformation expérimentaux et les champs de déformation simulés (4). Cette comparaison a permis d’identifier la relation entre les paramètres de la loi de comportement du modèle EF et le niveau de ségrégation local du matériau, en faisant appel à un algorithme d’optimisation cherchant à minimiser l’écart entre les champs de déformation simulés et expérimentaux (5).

L’ensemble de ce travail a ainsi abouti à la conception d’un jumeau numérique performant permettant d’identifier et de simuler le comportement mécanique d’aciers ségrégés afin de reproduire les résultats expérimentaux. La méthodologie développée durant ce stage peut être étendue plus largement à d’autres matériaux présentant des hétérogénéités locales à l’échelle mésoscopique.

Schéma de principe pour la calibration de la limite d’élasticité locale du matériau hétérogène dans une loi de comportement élasto-plastique avec gradient de propriétés, par minimisation de l’écart entre champs de déformation expérimentaux (corrélation d’image numérique) et champs de déformation simulés par la méthode des éléments finis (code de calcul Zset).

Comme tous les ans depuis 2022, la Fédération FERMI organise un prix Master Matériaux, destiné à récompenser celles et ceux qui se sont distingué·e·s lors de leur stage de Master en laboratoire ou industriel en recherche et développement, notamment par leur capacité à prendre en charge et contribuer à la progression d’un problème de recherche et à en rendre compte clairement dans un mémoire.