Offre de thèse - caractérisation des défauts de fabrication additive et leur impact sur la dynamique des rotors

Sujet de recherche

La fabrication additive constitue une avancée technologique majeure, bouleversant en profondeur
notre manière de concevoir et de produire des systèmes complexes, notamment dans les secteurs de
l’aéronautique et du spatial. Cette technologie de rupture joue un rôle central dans la transition vers une
aviation plus durable, en permettant une réduction significative de l’empreinte carbone grâce à l’allègement
substantiel des composants.

Dans ce contexte, notre attention se porte plus particulièrement sur l’optimisation des arbres de machines
tournantes — éléments clés des turbomachines et des réacteurs — en explorant les apports potentiels de
la fabrication additive. En effet, ces procédés permettent de structurer la matière déposée à différentes
échelles, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour optimiser le comportement vibratoire des pièces.

Bien que la fusion sur lit de poudre par laser (Laser Powder Bed Fusion, LPBF) offre un excellent contrôle
géométrique, les procédés de dépôt direct d’énergie (Directed Energy Deposition, DED) — qu’ils utilisent du
fil ou de la poudre — apparaissent plus pertinents d’un point de vue économique, compte tenu de la forme
élancée et des dimensions (environ 50 cm) de l’arbre final.

Par nature, la fabrication additive induit des défauts que l’on peut regrouper en trois grandes catégories :

• Les défauts de forme, principalement dus aux cycles thermiques et à l’accumulation de contraintes
  résiduelles, entraînant des déformations au cours du processus de fabrication ;


• Les défauts de dépôt de matière, responsables d’une ondulation de surface sur la pièce finale ;


• Les défauts spécifiques à la poudre (dans le cas du DED à base de poudre), où certaines particules peuvent ne pas être totalement fondues à la surface.

À ces défauts géométriques s’ajoutent des hétérogénéités internes du matériau, qui se traduisent par une
anisotropie des propriétés élastiques.

Ces imperfections influencent directement le comportement dynamique de l’arbre, en affectant notamment
les modes propres, l’amortissement structurel et la résistance à la fatigue.

Les objectifs de cette thèse de doctorat sont les suivants :

• Réaliser une caractérisation fine et détaillée de ces défauts ;


• Étudier leur impact sur le comportement dynamique du rotor, en mettant l’accent sur les propriétés
  modales et l’amortissement ;


• Évaluer leur influence sur la résistance à la fatigue de la pièce finale.
  L’approche adoptée sera principalement expérimentale, en partant de structures simplifiées pour évoluer progressivement vers un démonstrateur représentatif d’un cas d’usage industriel. Un banc d’essai dédié sera développé en collaboration avec les équipes de Turbolab et Akira.