Projet ANR-13-BS09-0001 – DREAM : Recristallisation Dynamique dans les Matériaux Anistropes
Programme : Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'Ingénierie, Matériaux, Procédés, Energie (Blanc SIMI 9) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Maurine MONTAGNAT RENTIER (Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l'Environnement)
Partenaires : Centre de Mise en Forme des Matériaux; Laboratoire d'Étude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux; Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement; Géosciences Montpellier
Montant : 413911.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : La recristallisation dynamique (DRX) a une forte influence sur l'évolution des microstructures (taille et forme des grains) et des textures (orientations cristallines) dans les matériaux déformés à chaud. Le développement des textures conduisant à des propriétés anisotropes, il est indispensable de prévoir ses effets sur les métaux pour des applications industrielles, sur les roches, lorsque l'on s'intéresse à la déformation du manteau terrestre, ou encore sur la glace afin de modéliser la dynamique des calottes polaires. Les mécanismes de recristallisation, germination et croissance de grains, sont associés à la réduction de l'énergie stockée. Cette énergie est liée à l'hétérogénéité de la distribution de dislocations géométriquement nécessaires (GNDs). Elle est associée au champ de contraintes internes et dépend fortement des interactions inter-granulaires. Si de nombreux efforts sont entrepris pour caractériser les mécanismes associés à la DRX, les liens entre hétérogénéités de déformation, arrangement des dislocations et germination restent mal connus. La question fondamentale du rôle des contraintes internes et des structures de dislocations sur la germination, puis sur le développement des textures, sera au centre du projet DREAM.
DREAM utilisera deux matériaux « modèles » anisotropes, la glace et le magnésium, pour caractériser et modéliser les mécanismes de DRX. Les compétences associées dans ce projet donne accès à un large éventail d'outils expérimentaux pour caractériser les structures de dislocations et corrélations à longue distance : la corrélation d'images numériques pour les champs de déformation, la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) pour les désorientations de réseau, l'émission acoustique pour la dynamique de la germination et la diffraction des neutrons pour localiser la germination en 3D (ILL). Grâce à la configuration unique du MEB « CrystalProbe » de Géosciences Montpellier et sa colonne inclinée, des analyses « in-situ » pourront être réalisées au cours de recuits et durant la déformation. 
Les caractérisations expérimentales valideront deux modèles développés dans ce projet, l’un basé sur la théorie des champs de dislocations (FDM), l’autre sur un couplage entre plasticité cristalline (Crystal Plasticity Finite Element Model) et un modèle « level set ». La FDM est une approche continue de l'élasto-plasticité qui rend compte des contraintes internes dues à la présence de GNDs et de la plasticité par transport des dislocations. Elle est bien adaptée à la modélisation de la DRX, mais se limite pour l'instant à des polycristaux de quelques grains. Elle fournira des cartes de GNDs, de champ de contraintes internes et de déformations élastiques permettant, par comparaison avec les champs expérimentaux, d'établir des critères de germination. Elle rend compte des conditions de compatibilité des champs de distorsion plastique aux interfaces (grains, sous-joints de grains) qui sont indispensables pour représenter par exemple les empilements de dislocations. De telles conditions n’apparaissent pas dans les approches CPFEM classiques, ou dans les modèles à champs de phase. Dans un deuxième modèle, l’approche CPFEM - level set sera augmentée par les conditions de compatibilité issues de la FDM pour modéliser la DRX dans des polycristaux plus représentatifs. La force motrice responsable du mouvement des joints de grains dans l'approche level set sera issue des prédictions FDM. En comparant les entrées et sorties des deux modèles, nous estimerons le degré de complexité nécessaire à l’établissement d’un modèle prédictif de DRX. La validation de ce modèle sera basée sur les comparaisons avec les observations expérimentales. De véritables avancées sont attendues tant au niveau expérimental que modélisation car l’ensemble des méthodes expérimentales et des modèles développés sont focalisés sur les mécanismes athermiques fondamentaux de germination et de migration des joints de grains lors de la DRX.