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Dissertations / Theses on the topic 'Frittage (métallurgie) – Simulation par ordinateur'
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Sarbandi, Bahram. "Simulation numérique des déformations des produits céramiques lors du frittage." Paris, ENMP, 2011. http://www.theses.fr/2011ENMP0112.
Full textAbstract:
Pour les fabricants de céramiques, il est primordial de maîtriser la déformation des pièces lors du frittage afin d'éviter les post-traitements et usinages ultérieurs qui augmentent les coûts de production. Face à ce problème, une alternative à la coûteuse démarche essai-erreur est la prévision par simulation numérique aux éléments finis des déformations des produits au cours du frittage. Pour une approche numérique, il faut d'abord développer des lois de comportement qui prennent en compte les différents mécanismes de déformation induits par le frittage. Les paramètres intrinsèques aux matériaux intervenant dans ces lois doivent être déterminés par l'expérience. Le but de cette thèse est de proposer des modèles prédictifs de la déformation des pièces céramiques lors du cycle de frittage. La procédure est basée sur une loi de comportement et les essais associés: l'essai de densification lors du frittage et l'essai de flexion-frittage. Deux matériaux différents ont été étudiés: 1. Une porcelaine fabriquée par procédé dit de coulage: Bien que ce procédé soit utilisé depuis des années, il continue à poser des problèmes fondamentaux qui entravent le développement de produits innovants. La déformation anisotrope durant le frittage des pièces coulées est un de ces problèmes. Les origines d'un comportement anisotrope des céramiques au cours du frittage sont liées aux propriétés rhéologiques de la barbotine, ainsi qu'à l'orientation anisotrope des particules dans les pièces crues. Une loi de comportement anisotrope prédictive de la déformation lors du frittage des pièces céramiques coulées a été développée. 2. Un réfractaire à base de zircon et de silice destiné à la fabrication de noyaux pour la fonderie de superalliages: Le comportement des noyaux de fonderie en zircon et silice lors de frittage a été étudié à l'aide d'essais de dilatométrie et d'essais de flexion-frittage. La spécificité de ces matériaux est un très faible retrait au cours de frittage. Ce comportement est lié à la cristallisation de la silice pendant le processus de cuisson. La cristallisation s'accompagne d'un blocage de l'écoulement visqueux ainsi que le retrait du frittage. Un modèle prédictif de ce comportement a été proposé. Les lois de comportement ainsi développées ont été implémentées dans le code de calcul par éléments finis "Zset". Après l'identification des paramètres des modèles, une simulation numérique par éléments finis a été réalisée sur des pièces génériques. Enfin la sensibilité des résultats aux paramètres d'une loi de comportement de frittage isotrope a été étudiée en utilisant une approche par réduction de modèleThe control of the deformation of ceramic parts during the sintering process is essential, in order to avoid post-treatment and subsequent machining which increase the production costs. The procedure for obtaining the desired form after sintering is usually carried out by trial and error. An alternative to this costly approach is the prediction of shape instabilities during sintering by finite element simulation. With this aim, constitutive models have to be developed, taking into account the different deformation mechanisms induced by sintering. These phenomenological constitutive models use different material parameters which must be determined by experiment. This thesis aims to propose a methodology for modelling the deformation of ceramics during sintering. This methodology consists in experimental analysis of densification and pyroplastic behaviour of ceramics, developing a phenomenological constitutive model and material parameters identification. Two different materials have been studied: 1. A porcelain manufactured by slip casting process: Although slip casting process has been used for many years, it involves some technical problems that hinder the development of innovative products. Anisotropic deformation during sintering of slip cast parts is one of these problems. This behaviour is related to the rheological properties of the slurry and the orientation of anisotropic particles in the green part. An anisotropic constitutive model of sintering has been developed in order to predict the deformation of slip cast porcelain during firing process. 2. Ceramic cores made by injection moulding and used for investment casting of superalloys: Thermomechanical behaviour of zircon-silica cores has been studied by dilatometry and sinter-bending tests. The technical specificity of these materials is their low shrinkage during sintering process. This behavior is related to the crystallization of silica at high temperature. The crystallization inhibits the viscous flow and stops sintering shrinkage. A constitutive model predicting this behaviour is also proposed. These constitutive models have been implemented in the ”Zset” finite element program. After identifying the model parameters, the finite element numerical simulation has been performed on representative parts. Finally, the sensitivity of numerical results to mechanical parameters of an isotropic sintering model is analysed using a model reduction approach
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Thouy, Romain. "Structures et propriétés d'agrégats de dimension fractale variable : simulations numériques." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20094.
Full textAbstract:
Dans ce travail, nous presentons un modele d'agregation amas-amas, capable de construire des agregats fractals de dimension fractale variable, avec ou sans support de reseau, pour plusieurs dimensions euclidiennes. Nous avons ensuite systematiquement etudie, en fonction de cette dimension fractale, certaines de leurs proprietes physiques. Nous avons analyse les projections d'agregats 3d par deux methodes, l'une propre au modele, et l'autre plus proche des methodes experimentales (box-counting), pour en tester la faisabilite. Nous avons determine le facteur de structure (a partir des fonctions de correlation), pour comparer aux resultats experimentaux obtenus en diffusion sur les aerogels de silice synthetises dans notre laboratoire. Nous avons egalement fait une etude de l'anisotropie interne des amas, et de leur projection, qui a revele une forte dependance avec la dimension fractale. Cette methode etant tres peu sensible aux effets de taille finie, nous pensons qu'elle peut conduire a une meilleure determination de la dimension fractale que les methodes envisagees precedemment. Nous avons, d'autre part, etudie la dependance de la densite d'etats vibrationnels avec cette meme dimension fractale, dans le cas d'interactions scalaires, en utilisant la methode des moments spectraux, et en considerant deux modeles de liens. Enfin, nous proposons un modele pour le frittage par diffusion de surface qui gere la fragmentation (et la coalescence) d'agregats bidimensionnels, et nous en rapportons une etude en fonction de la dimension fractale.
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Agne, Aboubakry. "Modélisation et simulation numérique des étapes de déliantage et frittage du procédé de Moulage par Injection de poudres Métalliques (MIM)." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCD025.
Full textAbstract:
Les étapes de déliantage et de frittage sont des phases cruciales du procédé de Moulage par Injection de poudres Métalliques (MIM). Elles sont généralement à l’origine des principales variations dimensionnelles. Pour quantifier et prédire les pertes de masse et déformations associées à ces séquences, différents modèles, inspirés de la littérature, décrivant au mieux les mécanismes de chaque étape, ont été proposés. Ils sont appliqués à une formulation industrielle à base de poudres de superalliage à base de nickel (Inconel 718) et d’un liant multi-ingrédients. La formulation a été caractérisée par des analyses thermiques et gravimétriques. L’objectif de ces travaux a été, dans un premier temps, de prédire les quantités de matière éliminées pendant les déliantages solvant et thermique, et de suivre l’évolution des dimensions grâce à la simulation numérique par la méthode des éléments-finis dans la plateforme Comsol Multiphysics ®. Dans un second temps, les travaux se sont focalisés sur la modélisation de la déformation et l’évolution de la densité relative pendant le frittage conventionnel en phase solide. La perte de masse pendant le déliantage aqueux a été modélisée par une expression analytique pilotée par un paramètre de diffusion obtenu expérimentalement. Elle a été associée au gonflement hygroscopique et à la dilation thermique qui sont les principales sources de déformation du déliantage solvant. Le déliantage par CO2 supercritique, qui est une méthode innovante d’extraction du polyéthylène glycol (PEG), a fait l’objet d’une caractérisation expérimentale et de simulations numériques rendant possible la prédiction de la perte de masse en PEG sur Comsol Multiphysics ® de composants développés au sein du laboratoire. La cinétique de dégradation pendant le déliantage thermique a été décrite expérimentalement avec des analyses thermogravimétriques réalisées sur des échantillons à base du feedstock industriel. Les méthodes d’Ozawa et de Kissinger ont permis d’estimer les énergies d’activation de la cinétique de dégradation de l’ensemble des constituants pour la simulation numérique. Le couplage entre la dégradation et le transfert de chaleur a rendu possible la simulation complète de cette étape avec pour objectif de prédire la distribution géométrique et temporelle du liant et les déformations générées. Le frittage en phase solide de l’Inconel 718 a fait l’objet de caractérisations expérimentales et de simulations par éléments-finis. La loi de comportement thermo-élasto-viscoplastique, permettant de quantifier la déformation totale et la densité relative tout au long de la densification, a été formulée et implémentée dans le code éléments-finis ABAQUS ®. La viscosité uni-axiale a été identifiée en utilisant une méthode de chargement de type compression par intermittence. Elle a permis par la suite d’identifier la contrainte de frittage. La pertinence de cette méthode a été discutée par comparaison avec une autre méthode basée sur la vitesse de déformation du frittage libre avec moins d’incertitudes de mesures. Les résultats de l’ensemble des développements numériques réalisés ont été confrontés à des résultats expérimentaux obtenus sur une géométrie de pièce MIM aéronautique, conduisant à une bonne estimation de la valeur des dilatations et retraitsThe debinding and sintering steps are crucial for the Metal Injection Moulding (MIM) process. The main dimensional changes are generated from these two steps. In order to predict the mass losses and the deformation behaviours, different models fitting to the mechanical mechanisms observed were obtained from the state of art. They are adapted and performed for each step. These models used for the numerical simulation are applied to industrial components based on a formulation composed of Inconel 718 superalloy powders and a multi-ingredient binder system. The formulation is characterized by thermal and gravimetric analyses. The aim of the thesis is, at first, to predict the weight loss after the complete debinding step including the solvent and the thermal debinding, followed by the modelling of the solid state sintering of the material. The weight loss during solvent debinding is expressed by an analytic function controlled by a diffusion parameter, which is directly identified from experimental results. Hygroscopic swelling and thermal expansion are coupled to the weight loss to follow as well the expansion during the binder extraction. Supercritical debinding, an innovative way to remove by diffusion some polymers, is also investigated in order to predict the extraction of the polyethylene glycol (PEG) in in-house components by numerical simulation using the finite-element method on Comsol Multiphysics ® software. Thermogravimetric analyses were employed to characterize the kinetics during the thermal debinding of the industrial formulation. The Ozawa and Kissinger methods are introduced to estimate the activation energies of each polymer of the binder system for the numerical simulation. A coupled model is developed by using the heat transfer principle and a thermal degradation law in order to visualize the binder distribution and the shrinkage due to its elimination. Experimental and numerical studies are carried out on solid state sintering of the Inconel 718. A thermal elasto-viscoplastic law based on the continuum mechanics is adopted and built in the commercial software ABAQUS ® to simulate the shrinkage and the density field during the sintering step. The uniaxial viscosity, a main parameter of the constitutive equations, is evaluated using intermittent compression tests. The sintering stress is identified from experimental densification thanks to the viscosity and then, used for the numerical simulation. The relevance of this methodology is discussed by comparison with a different method based on the densification rate that showed a lower level of uncertainties. The numerical analysis of the debinding and the sintering steps showed in this thesis are compared with the experimental measurements performed on MIM aeronautical components
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Olivi-Tran, Nathalie. "Simulations numériques des mécanismes de densification des aérogels de silice." Montpellier 2, 1995. http://www.theses.fr/1995MON20171.
Full textAbstract:
Les aerogels de silice sont des materiaux de grande porosite qui representent un bon support pour les etudes theoriques. On a tout d'abord resume les connaissances sur la structure des aerogels ainsi que sur les modeles representant ces materiaux. On a aussi analyse le processus de frittage sur des materiaux en general et sur les aerogels de silice en particulier. La densification des aerogels qui conduit a l'elaboration des verres est modelisee par deux methodes: l'habillage et le pavage. Les proprietes telles que les limites inferieure et superieure de domaine fractal et la surface specifique sont calculees en fonction de la densite des aerogels partiellement densifies. On obtient des lois d'echelle qui dependent de la dimension fractale. On a aussi etudie la structure poreuse des aerogels au cours de la densification et la diffusion aux petits angles sur ces materiaux. Enfin, on a etudie l'evolution d'agregats fractals bidimensionnels par flux visqueux et par diffusion de surface. Les limites inferieure et superieure de domaine fractal ainsi que la longueur du perimetre du contour des agregats ont ete calculees en fonction du temps. On en a deduit des lois d'echelle qui dependent de la dimension fractale
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Poulier, Céline. "Transferts thermiques au sein d’un materiau poreux : Effet des interfaces dans une microstructure stable ou évolutive." Limoges, 2007. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/83825b00-a7a5-438d-99e1-e26537f03538/blobholder:0/2007LIMO4068.pdf.
Full textAbstract:
Une utilisation optimisée des céramiques poreuses nécessite la maîtrise de leurs caractéristiques thermophysiques. L’étude expérimentale, numérique et analytique de l’influence des joints de grains sur la conductivité thermique de matériaux poreux sous forme frittée et crue est le sujet principal de ce travail. La prise en compte de la résistance thermique des joints de grains a permis d’améliorer les prédictions de la conductivité thermique par les modèles analytiques de Landauer et de Maxwell pour des matériaux poreux préparés par pressage ou par émulsification. L’effet de la microstructure sur la conduction à l’échelle locale a été étudié par une modélisation numérique par éléments finis. Les mesures de la conductivité thermique des pastilles de SnO2 crues au cours du frittage complétée d’analyses physiques et chimiques ont montré que la formation des ponts interparticulaires débute dès 300 °CAn optimised use of porous ceramics needs the control of their thermophysical characteristics. The experimental, numerical and analytical study of the effect of grain boundaries on the thermal conductivity of sintered and green bodies is the main subject of this work. Taking into account the grain boundary thermal resistance improves predictions of the thermal conductivity by the models of Landauer and Maxwell for porous materials prepared by pressing or emulsification. Numerical modelling by finite element analysis was used to study the effect of the microstructure on the conduction at the local scale. Measurements of the thermal conductivity on pressed powder compacts of tin oxide during sintering completed with chemical and physical tests demonstrated that the interparticle neck formation begins at 300 °C
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Largiller, Grégory. "Maîtrise du frittage de matériaux céramique-métal à gradients de composition et de structure." Grenoble INPG, 2010. http://www.theses.fr/2010INPG0160.
Full textAbstract:
Les matériaux à gradient de composition et de structure permettent d'associer des propriétés complémentaires dans une pièce donnée. Les cermets (matériaux composite céramique métal) développés par Rio Tinto Alcan seront potentiellement utilisés en tant qu'anodes inertes pour l'électrolyse de l'aluminium. Pour connecter cette pièce à matrice céramique au réseau électrique, ce matériau doit être associé avec un matériau conducteur électrique en une seule opération de frittage. En associant les connaissances issues de la métallurgie des poudres avec une analyse microstructurale, des calculs thermodynamiques et des considérations mécaniques, une gamme de matériaux appelés metcer (composite métal céramique) a été développée. Selon la proportion et composition de la phase métallique initiale de ces metcers, ils peuvent être cofrittés en une seule opération avec un cermet. Nous avons montré que la proportion de phase métallique influençait fortement la tenue mécanique de l'ensemble pendant le frittage ; que la composition des phases oxydes et métalliques permettait de maîtriser les phénomènes de diffusion entre les parties cofrittées pour construire une interface graduelle. Des lois phénoménologiques basées sur la mécanique des milieux continus ont été développées pour modéliser le frittage d'un cermet et d'un metcer. Ces lois ont été introduites dans un logiciel de calcul par éléments finis pour simuler le frittage d'assemblages bicouches et identifier les éventuels points de fragilité de différentes géométries. En comparant ces résultats de simulation numérique à des observations optiques in situ sur des pièces centimétriques, nous avons montré que l'amorçage de fissures proche de l'interface a lieu lorsque les contraintes sont élevées. A basse température, de faibles écarts de déformations entre les couches suffisent à amorcer des fissures lorsque les viscosités des matériaux sont grandes et qu'ils ont un comportement fragile. A haute température, lorsque les écarts de déformation sont grands et les viscosités faibles, les contraintes entre les couches sont relaxées. En utilisant les connaissances acquises à la fois sur la chimie et la mécanique du système, une pièce centimétrique tricouche à gradient exempt de fissure a été réaliséeGraded materials are used to gather complementary physical and/or chemical properties into a single part. Cermet material (ceramic metal composite) developed by Rio Tinto Alcan may be used as inert anode for aluminium electrolysis. To connect these ceramic matrix materials to the current network, we propose to associate them with a conductive material in a single sintering step. Using our knowledge on powder metallurgy with microstructure analysis, thermodynamical and mechanical calculations, a new range of material called metcer (metal ceramic composite) has been developed. According to their metal phase proportion and composition, the metcer materials can be cosintered with cermets in a single sintering step. By modifying the metal phase proportion, we enabled the parts to keep joined during the whole sintering thermal cycle. The composition of oxides and metal phases change the diffusion phenomena and enable one to build a graded interface between the layers. Based on continuum mechanics, constitutive equations have been used to simulate the sintering of a cermet and a metcer. Constitutive equations have been implemented into a finite element software to identify the weak regions of bilayers parts of complex geometry. We compared numerical simulation results with optical observations made during sintering on large scale bilayers. Cracks near the interface occur at low temperature when the strain mismatch between the layers is low and the viscosities of the layers are high. Thus, the materials have a fragile behaviour. At high temperature, when the viscosities are low and the strain mismatch is high, the stresses in the vicinity of the interface are released. Combining our knowledge on the chemistry and interactions between these materials, we developed a trilayer material. This material showed up a graded interface without any crack
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Dong, Lin. "Simulation et modélisation du frittage sélectif par laser par la méthode des éléments finis." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2007. https://publication-theses.unistra.fr/restreint/theses_doctorat/2007/DONG_Lin_2007.pdf.
Full textAbstract:
Le frittage sélectif par laser (Selective Laser Sintering, SLS) est un des procédés les plus performants pour le prototypage rapide. Cette méthode de fabrication a été développée par le Dr. Carl Deckard à l’Université du Texas à la fin des années quatre-vingt. Dans ce procédé, des pièces tridimensionnelles sont réalisées par addition successive de couches de matériau àl’état de poudre (polymère, céramique, métal etc. ), où chaque couche est chauffée par un faisceau laser jusqu’au frittage. Dans ce travail, nous avons développé un simulateur numérique pour le procédé de frittage sélectif par laser àpartir du code commercial de calculs par éléments finis Abaqus. Le modèle comporte trois parties : optique, thermique et rhéologique. La partie optique décrit l’interaction entre le faisceau laser et la matière àfritter, la partie thermique décrit la diffusion thermique dans la matière à fritter et le milieu environnant, et la partie rhéologique concerne l’écoulement visqueux et la fusion du matériau causée par la tension surfacique. La validation du simulateur est réalisée pour différents matériaux (polymères amorphes, polymères semi-cristallins et métaux). Dans ces simulations, l’évolution de la température et de la densitédu matériau àfritter durant le procédéa étéétudiée en fonction des paramètres du procédépuis comparée à des résultats expérimentaux. Le simulateur ainsi validé peut être alors utilisé pour optimiser les paramètres du procédédans le but d’améliorer la qualitédes pièces et d’éviter la surchauffe des matériaux.
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Louin, Jean-Charles. "Effets d'hétérogénéités de teneur en carbone sur les cinétiques de transformations de phase et sur la genèse des contraintes internes lors du refroidissement d'aciers." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2003. http://www.theses.fr/2003INPL077N.
Full textAbstract:
Lors de la fabrication d'une pièce industrielle, le traitement thermique est une opération qui nécessite de maîtriser à la fois les microstructures obtenues et les contraintes et déformations résiduelles. La simulation numérique est un outil précieux pour une meilleure optimisation de ces traitements. Dans ce contexte, l'objectif de notre étude a été de contribuer au développement d'un outil de calcul permettant de prévoir les microstructures, les déformations et les contraintes au cours du traitement thermique de pièces en acier pouvant contenir des hétérogénéités de composition chimique en particulier de teneur en carbone. Nous avons d'abord développé le modèle de calcul des cinétiques de transformation de phases des aciers existant au laboratoire pour prendre en compte l'effet de l'enrichissement en carbone de l'austnite lors de sa décomposition partielle en ferrite sur les transformations ultérieures. Des calculs thermiques, métallurgiques et mécaniques couplés ont ensuite permis une analyse détaillée de l'effet de gradients de teneur en carbone à l'échelle macroscopique sur la genèse des microstructures et des contraintes internes au cours du refroidissement. Nous avons en particulier quantifié les effets possibles de macro et mésoségrégations de solidification dans des cylindres très massifs de taille proche de celle d'un lingot. Une validation expérimentale des résultats de simulation numérique a été mise en place pour des éprouvettes cylindriques supposées homogènes en composition chimique (acier 40CrMnMo8) puis pour une éprouvette chimiquement hétérogène spécialement conçue et fabriquée pour notre étude. Au préalable, les caractérisations expérimentales de l'acier ont permis de construire le jeu de données complet nécessaire aux simulations. Les résultats expérimentaux et calculés ont permis de bien mettre en évidence le rôle de l'hétérogénéité chimique. Enfin, une bonne corrélation calcul- expérience a été obtenue pour la déformation au cours du refroidissement d'une éprouvette 3D en forme de croissantHeat treatment is a process that needs the control of both final microstructures and residual stresses and deformations. Numerical simulation is a useful tool for a better optimization of this process. The aim of our work was to contribute to the development of a numerical tool for the prediction of microstructures, stresses and strains during cooling of pieces that may contain chemical heterogeneities, particularly carbon content heterogeneities. Firstly, an existing model for the prediction of transformation kinetics in steels has been further developped in order to take into account the effects of the carbon content enrichment of austenite due to a partial ferritic transformation on the subsequent transformations. Coupled thermal, metallurgical, mechanical calculations have then been performed to study the effects of carbon content gradients on the microstructural evolutions and on the residual stresses development during cooling. Particularly, the possible effects of solidification macro and mesosegregations have been quantified in massive cylinders with sizes close to the size of an ingot. Secondly, experimental validations have been performed for homogeneous cylindrical specimen (40CrMnMo8 steel) and for a chemically heterogeneous specimen specifically designed for our study. The complete set of input data necessary for the simulations has been established from experimental characterizations of the steel. The role of chemical heterogeneity has been analysed through the experimental and calculated results. Finally, a good correlation has been obtained between measurements and calculation of the deformation during cooling of a 3D "croissant" shaped specimen
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Quatravaux, Thibault. "Évolution de la modélisation du procédé VAR : contribution à la description de la dispersion inclusionnaire dans le puits liquide et à la prévention de défauts de solidification." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2004. http://www.theses.fr/2004INPL037N.
Full textAbstract:
Cette thèse s'articule autour de la modélisation du procédé de refusion à l'arc sous vide (V AR) à l'aide du code de calcul SOLAR. Le premier objectif de l'étude concerne l'amélioration de la description de certains phénomènes physiques au cours de l'élaboration, afin d'étendre les applications du logiciel aux simulations de refusions d'aciers. L'évolution de la modélisation des phénomènes de transfert dans le lingot secondaire comprend trois améliorations principales: - la modélisation du transfert thermique latéral, afin de tenir compte du phénomène de retrait entre la paroi du lingot et la lingotière, de la possibilité d'y injecter un gaz neutre et du réchauffement de l'eau dans le circuit de refroidissement en fonction de son débit, - une amélioration de la modélisation de la turbulence, le modèle k-E simplifié initialement implémenté dans le code ne permettant pas de décrire correctement l'écoulement du métal liquide dans le puits, - une nouvelle méthode de simulation de la croissance du lingot, reposant sur une opération cyclique de scission puis de croissance/migration des volumes de contrôle, qui respecte l'aspect continu de la croissance du lingot secondaire et autorise un affinement du maillage près de la surface libre. Le modèle amélioré a pu être finalement validé par comparaison avec des résultats expérimentaux issus de quatre refusions réalisées sur site industriel. Le second objectif vise à caractériser la qualité des produits élaborés en termes de propreté inclusionnaire et de risque de présence de veines ségrégées. Pour décrire le comportement inclusionnaire dans le puits liquide, un modèle trajectographique adapté aux écoulements turbulents a été validé puis implémenté dans le code. Différents comportements de particules ont été mis en évidence. Une éttlde sur le risque d'apparition de freckles a permis de retenir un critère particulièrement bien adapté au procédé. Une généralisation de ce critère, proposée dans ce travail, permettrait d'indiquer l'orientation privilégiée de ces canaux de ségrégationThis thesis deals with the modelling of Vacuum Arc Remelting process (VAR) using the numerical software SOLAR. The first aim of the study is a better description of several physical phenomena which occur during melting, in order to extend the application of the software to simulate the remelting of steel. The evolution in the modelling of transport phenomena in the secondary ingot is based on three major improvements: - lateral thermal transfer modelling, in order to take into account the formation of a gap between the ingot and the mould walls, a possible injection of a neutral gas, and the heating of water in the coolant circuit, according to its flow, - a better turbulence model, since the k-E model implemented previously in the numerical code was not accurate enough to correctly descri~ the flow of the liquid metal in the pool, - a new method to simulate the ingot growth, based on a cyclic operation of splitting and growth/migration of control volumes, which reproduces the continuous growth of the secondary ingot and allows for the refinement of the mesh close to the free surface. Finally, the improved model has been validated by comparison with experimental results provided from four remeltings carried out on full-scale furnaces. The second objective is the characterization of the quality of the manufactured products in terms of inclusion cleanliness and risk of freckles segregated channel generation. Ln order to describe the behaviour of inclusions in the liquid pool, a trajectory model, adapted to account for turbulent flows, was validated and then implemented in the code. Various particle behaviours were distinguished. A study on the risk of freckles generation led to the establishment of a criterion particularly weIl adapted to the process. A generalization of this criterion, suggested in this work, would allow the prediction of the probable orientation of such segregated channels
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Diligent-Berveiller, Sophie. "Rôle des précipités de cuivre et de leur évolution sur la recristallisation des aciers sans interstitiels stabilisés au titane." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/INPL_T_2000_DILIGENT_BERVEILLER_S.pdf.
Full textAbstract:
La production de l'acier par la filière électrique peut conduire à la présence d'éléments résiduels métalliques, susceptible d'affecter les cinétiques de restauration/recristallisation, et, par conséquent, les propriétés mécaniques finales. Aussi, nous sommes-nous intéressés à l'influence du cuivre sur la recristallisation d'un acier sans interstitiels (if, interstitial free) micro allié au titane. Nous avons montre que le cuivre décale les cinétiques de recristallisation vers les plus hautes températures et modifie les textures de recristallisation. En présence de 1% de cuivre, cette dernière est moins favorable aux propriétés d'emboutissage. L’amplitude de ces modifications est fonction de la teneur en cuivre et des traitements thermiques subis par le matériau. Les variations de cinétiques et de texture ont été corrélées à l'état microstructural du cuivre et à ses évolutions. L’état de précipitation a été caractérisé par DNPA avant déformation a froid, et en fonction de la température pour différentes conditions de chauffage. Par met, nous avons montre que la présence de précipités de cuivre modifie les structures de déformation à froid, puis les cinétiques de restauration et de recristallisation. Cette variation est associée a la force de freinage exercée tant pour la mobilité des dislocations que des sous-joints. Au cours du chauffage, les précipités évoluent et se remettent en solution solide, ce qui conduit à une diminution de la force de freinage. Le calcul de l'évolution de cette dernière met en évidence que la restauration et la recristallisation se produisent lorsque celle-ci chute. L’analyse de la formation de la texture de recristallisation par EBSD a montré qu'elle se forme par un mécanisme de germination orientée, avec ou sans cuivre. L’addition de cuivre modifie la cinétique de germination et réduit la sélectivité d'orientation de la fibre. Nous avons également calcule la force motrice associée aux contraintes du second ordre en utilisant un modèle micromécanique (approche auto cohérente). Par ce calcul, nous obtenons la même classification de force motrice en fonction de l'orientation des grains que celle observée expérimentalement.
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Amara, Mohamed. "Céramiques Nanocomposites Si/C/N/O : Simulation numérique d'un réacteur de synthèse de nanopoudres par pyrolyse laser." Limoges, 2004. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/b19e02a5-c1d9-455c-b8f3-4478477a2051/blobholder:0/2004LIMO0037.pdf.
Full textAbstract:
Cette étude porte sur l'élaboration de nanocomposites Si3N4/SiC ayant une microstructure fine, favorable à la déformation à chaud, en vue de la réalisation de pièces céramiques par formage à chaud. Les matériaux sont obtenus par densification de poudres nanométriques de carbonitrure de silicium synthétisées par pyrolyse laser, à partir d’une combinaison de précurseurs SiH4 et HMDS (hexaméthyldisilazane). L’étude comparative sur diverses nanopoudres montre l’influence des conditions de synthèse, et en particulier, la nature de la source de silicium sur la stabilité thermique des poudres, leur densification et leur microstructure. L’ajout de SiH4 améliore la stabilité des poudres exe-HMDS. Les matériaux élaborés à partir de ces poudres sont denses et présentent un comportement fortement ductile à haute température. Cette étude valide la possibilité d’obtenir des poudres, à moindre coût, pour réaliser un matériau thermomécanique à base de Si3N4. Les propriétés des matériaux sont dépendantes de phénomènes subtils, tels que, le mode de mise en forme, les conditions de frittage et plus encore la réactivité et les caractéristiques des poudres (morphologie, pureté, taille,etc…). Afin de mieux maîtriser les propriétés des poudres, une étude par voie de modélisation et de simulation du procédé de synthèse des poudres SiCN par pyrolyse laser a été entreprise. Les équations de bilan sont écrites sur la base de considérations de milieux continus. Les simulations numériques sont menées à l’aide d’un code industriel de CFD (CFX-5) où ont été intégrés les modules de calcul spécifiques au modèle développé. Une première étape a été consacrée à la validation des schémas numériques, des paramètres de discrétisation et du modèle physique. Ensuite, une étude paramétrique a été menée dans le but de quantifier l’influence des transferts de chaleur et d’espèces chimiques et leurs interactions avec la synthèse des nanopoudres. La prise en compte de l’écoulement dans le réacteur a permis de mentionner l’intérêt d’une collecte des poudres dans le sens inverse du champ gravitationnel et de mettre en évidence la présence de régimes de circulation nuisibles à ce type de collecte. Par ailleurs, deux régimes de fonctionnement du réacteur ont été analysés: basse et haute pression. Des effets indésirables, comme le transfert thermique par conduction dans la zone en amont du laser et de la réaction, ont été considérés. Il a été constaté que ces effets sont réduits à basse pression. Enfin, la possibilité d’utiliser un réacteur similaire pour une synthèse à l’échelle industrielle (production de l’ordre du kg/h) a été examinée. Pour cela, une étude portant sur le design du réacteur (dimensions géométriques, caractéristiques de la buse d’injection des gaz) fonctionnant en régime turbulent a été réalisée conduisant à des conclusions exploitables par l’industrieThe study relates to the development of nanocomposites Si3N4 having a fine microstructure suitable for hot forming. The materials are obtained by densification of silicon carbonitride nanometric powders, synthesized by laser pyrolysis from two combined precursors (SiH4 and HMDS : hexamethyldisilazane). The comparative study on various nanopowders showed the influence of the nature of the source of silicon (gas or liquid) on the structure, the thermal stability and the densification of the powders. The properties of the powders have been improved by adding SiH4 in HMDS during the synthesis. The resulting materials, obtained by sintering of these powders, are fully dense and exhibit a strong ductility at high temperature. Thus, this study validates the possibility of obtaining nanopowders at less cost, suitable for the fabrication of thermomechanical material based on Si3N4. The properties of the materials are strongly dependant on subtle phenomena, such as mixing, forming and drying, sintering parameters, and even more on the characteristics of the powders. In order to better control the properties of the powders, we have undertaken a numerical study to model and to simulate the SiCN powder synthesis by laser pyrolysis. The balance equations describing the process are written under continuum medium considerations. Numerical investigations are achieved by using an industrial CFD package (CFX-5) where specific subroutines are integrated. The first step of investigation concerns validation of numerical schemes, discretisation parameters and physical model followed by a parametric study to quantify the heat and chemical species transfer effects on the nanopowder synthesis. Taking into account the fluid flow in the reactor, we pointed out the significance of a collection of powders in inverse direction of the gravitational vector. We also showed the existence of convective motion undesirable to the powder collection process. Two working regimes are identified depending on the pressure (high or low). Some undesirable effects such as the conductive heat transfer in the area before the reactive zone are considered; we have shown that their effect is reduced under low pressure regime. Finally, the possibility of using a similar reactor for industrial production (near kg/h) has been studied. For that, a numerical study focusing on the reactor design (geometry, injection nozzle characteristics, etc) working under turbulent flow regime is achieved with simulations leading to conclusions useful for industry
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Haddad, Fatima-Zohra. "Caractérisation de la ségrégation sous sollicitation instationnaire et convection solutate en solidification Bridgman horizontale." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2000. http://www.theses.fr/2000ECDL0013.
Full textAbstract:
Nous nous sommes intéressés dans ce travail à la solidification dirigée d'alliages binaires en configuration Bridgman horizontale. Ces matériaux nécessitant, parmi les qualités requises, une homogénéité chimique optimale, nous avons principalement porté notre attention sur les phénomènes de ségrégation qui peuvent être générés au cours de la solidification par divers phénomènes tels que les mouvements convectifs dans le bain fondu, d'origine thermique ou solutale, les évolutions transitoires, ou les sollicitations instationnaires. Ces études ont été réalisées par simulation numérique bidimensionnelle. Dans un premier temps, nous avons étudié l'influence d'instationnarités sur la solidification d'un alliage binaire dilué. Nous avons commencé par le cas d'une vitesse de tirage fluctuante. Nos résultats ont permis de caractériser la ségrégation dans l'alliage solide obtenu par un modèle de filtre passe-bas. Nous nous sommes ensuite intéressés au cas d'une vitesse convective oscillatoire, le taux de croissance étant maintenu constant. Pour ce cas aussi, on obtient un comportement de la ségrégation axiale en filtre passe-bas. Néanmoins, la variation linéaire de l'amplitude des signaux de ségrégation en fonction de l'amplitude de la perturbation n'est valable dans ce cas que pour les petites valeurs de cette dernière. Quant à la ségrégation radiale, elle n'est pas parfaitement ajustée à un comportement en filtre. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés aux fluides binaires concentrés pour lesquels l'écoulement convectif est généré uniquement par les gradients solutaux. On a examiné la structure de cet écoulement pour différents niveaux convectifs, ainsi que la répartition du soluté au sein du bain fondu. On a ensuite analysé la ségrégation dans les phases liquide et solide en fonction de différents paramètres caractéristiques. Des lois en puissance ont pu être trouvées, en très bon accord avec une analyse théorique en ordre de grandeur. Enfin une étude préliminaire sur la prise en compte de la déformation du front cristal-liquide, dans une situation sans solidification, a été réalisée. Nous obtenons des déformations dont l'amplitude croît avec l'intensité convective. Lorsque l'écoulement devient oscillatoire, ces oscillations se répercutent sur l'interface qui oscille de façon régulière autour d'une position moyenne déforméeIn this study we are interested in the directional solidification of binary alloys in the Bridgman configuration. Since the necessary qualities of these materials is an optimal chemical homogeneity, we have principally concentrated on segregation phenomena, which can be generated during the solidification process by various phenomena such as thermal and chemical convection courants, transient dynamics and instantaneous perturbations. We have studied these phenomena by a two dimensional numerical simulation. In our initial project we have studied the influence of "instationnarities" on the solidification of a diluted binary alloy. We began with the case of fluctuating solidification rate. From our results we were able to characterise the segregation in the solid alloy, by a model with a low frequency filter. In the following study we were interested in the case of an oscillating convection velocity, the solidification rate is taken to be constant. Here also the segregation can be characterised by a model with a low frequency filter. However we only find a linear variation of segregation amplitude signal as a function of the perturbation amplitude for small perturbation values. Concerning the radial segregation, it does not perfectly fit filter behaviour. In a further study, we have been interested in the solidification of concentrated binary alloys for which the convection flows are generated uniquely by chemical concentration gradiants. We have studied these flows for several different convection levels, as well as the chemical composition of the alloy melt. Following this, we analysed the segregation in the liquid and solid phases as a function of the different parameters. We were able to identify power law behaviour which agree with theoretical dimensional analysis arguments. Finally, we have performed a preliminary study of the deformation of the crystal-fluid interface. We find that the deformation grows with the convective amplitude. If the flow becomes oscillatory, the oscillations influence the interface, which itself oscillates around an average deformation position
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Cranga, Julie. "Simulation numérique directe d'écoulements di- et tri-phasiques engendrés par l'injection de bulles dans un bain de métal liquide." Toulouse, INPT, 2002. http://www.theses.fr/2002INPT015H.
Full textAbstract:
Les écoulements multiphasiques interviennent dans certains procédés sidérurgiques comme le brassage du métal liquide par injection de bulles de gaz. Pour étudier les déformations et les changements de topologie des interfaces métal liquide/laitier/bulles nous réalisons des simulations directes en utilisant une méthode de suivi d'interfaces que nous étendons au cas triphasique. Nous simulons le comportement d'une bulle dans une poche de brassage depuis sa formation en sortie de bouchon poreux jusqu'à son éclatement à la surface du bain, puis étudions l'influence de la pression sur sa dynamique. Nous étudions aussi le percement de la surface par une bulle et l'influence du diamètre de la bulle sur la forme et le volume des projections. Nous déterminons analytiquement puis numériquement les conditions d'équilibre d'une goutte de liquide posée à la surface d'un autre liquide : au-delà d'un certain diamètre critique l'équilibre est impossible ; en dessous de ce diamètre, la goutte flotte sous la forme d'une lentille. En traversant une interface liquide/liquide, une bulle peut entraîner du liquide de la phase inférieure dans la phase supérieure. Nous montrons le rôle des propriétés physiques des deux liquides, notamment leur rapport de densité, sur la nature et l'importance de l'entraînement. Quand ce rapport de densité est grand (cas métal/laitier), le métal est entraîné quasiment exclusivement sous la forme d'un film très fin entourant la bulle. Quand ce rapport est plus faible (cas eau/huile), la bulle entraîne une colonne de liquide dans son sillage. Nous retrouvons dans nos simulations ces deux comportements distincts sans pouvoir simuler le film pour des raisons numériques. Nous réalisons une validation expérimentale de nos simulations triphasiques sur un modèle eau/huile de silicone. Globalement la simulation permet de reproduire correctement le mécanisme d'entraînement mais des différences avec l'expérience subsistent au niveau de la position de la ligne triple.
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Hallab, Soufiane. "Utilisation des sous-modèles comme filtres utilisés pour la commande et l'optimisation d'un atelier de lixiviation de l'or." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27522/27522.pdf.
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Katz, Aurélien. "Élaboration de céramiques polycristallines transparentes Er ³+ : YAG par Spark Plasma Sintering pour applications laser de puissance." Thesis, Valenciennes, 2016. http://www.theses.fr/2016VALE0007.
Full textAbstract:
Cette étude s’intéresse à l’amélioration des performances du laser solide Er3+:YAG, dont la longueur d’onde de 1,64 µm est dite « eye-safe ». L’une des solutions est le remplacement des monocristaux actuellement utilisés comme milieu amplificateur par des céramiques polycristallines Er:YAG transparentes, dont les propriétés thermomécaniques remarquables permettent une meilleure cohérence du faisceau de sortie et de ce fait, une augmentation des performances du laser. Cependant, la réunion des différents critères requis pour obtenir la transparence reste un réel challenge dans l’élaboration de ces céramiques. L’utilisation de poudres commerciales issues de deux voies de synthèse différentes a permis de souligner le rôle primordial des caractéristiques physiques de la poudre sur le comportement à la compaction et au frittage, effectué par Spark Plasma Sintering, tandis que la composition phasique et la pureté chimique conditionnent la qualité optique finale. Il ressort également que la coloration de la céramique observée lors du frittage résulte, non pas d’une contamination au carbone, mais de la formation de lacunes d’oxygène. Enfin, l’analyse et la compréhension du mode d’action du LiF utilisé comme aide au frittage ont permis d’établir des mécanismes réactionnels permettant d’optimiser le cycle de frittage. Cette démarche a conduit à l’obtention de céramiques polycristallines transparentes (Ø = 30 mm, e = 3 mm) à qualité optique élevée avec des valeurs de transmission de 80 % à 400 nm et 84 % à 1100 nm. Sur la base de ces résultats et de la simulation numérique, un changement d’échelle des céramiques (Ø = 50 mm, e = 5 mm) a été effectué dans le but de les évaluer en cavité laserThis work focus on the improvement of the solid state Er3+:YAG laser performances presenting an "eye-safe" wavelength at 1.64 µm. One way is the replacement of single crystals currently used as gain media by polycrystalline ceramics as they present improved thermo-mechanical properties allowing a longer use of the laser. However, the meeting of different criteria requested to get transparency remains a challenge in the development of these ceramics. The use of commercial powders produced by two different synthesis ways allowed to highlight the essential role of the physico-chemical characteristics of the powder on compaction and sintering behaviors, performed by Spark Plasma Sintering, Phase composition and chemical purity have an influence of the final optical quality. It was also figured out that the gray coloration of the ceramic observed after sintering is caused by the formation of oxygen vacancies, rather than a carbon contamination. Finally, the mode of action of LiF, used as sintering aid to increase optical transmittance, was studied in order to establish reaction mechanisms allowing an optimization of the SPS cycle. This approach helps to reach Er3+:YAG transparent polycrystalline ceramics (Ø = 30 mm, thk = 3 mm) with an optical transmittance of 80 at 400 nm and 84 % at 1100 nm. On the basis of these results and with the help of numerical simulation, an up-scaling of ceramics (Ø = 50 mm, thk = 5 mm) was undertaken in order to evaluate their laser performances through laser cavity tests
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Duval, Hervé. "Contribution à l'utilisation de méthodes particulaires en métallurgie d'élaboration sous vide." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1998. http://www.theses.fr/1998INPL040N.
Full textAbstract:
Les phénomènes d'interaction entre le métal liquide (ou solide) et l'atmosphère raréfiée conditionnent la composition chimique de l'alliage élaboré. L’étude et la modélisation du comportement de la phase gazeuse apparaissent donc essentielles. Le caractère fortement hors équilibre de la phase gazeuse exclut une approche hydrodynamique et impose une approche plus fine dite cinétique. Les équations d'évolution associées sont résolues à l'aide de méthodes numériques spécifiques dites particulaires. Cette approche est tout d'abord appliquée au processus d'évaporation dans les procédés de fusion sous vide par induction ou par bombardement électronique : le transport de la vapeur est décrit par l'équation de Boltzmann qui est simulée à l'aide de la méthode FPM (Finite Pointset Method). Après une validation sur des cas académiques d'évaporation puis sur des essais expérimentaux, le modèle est utilisé pour simuler l'effet de faibles pressions de gaz incondensable sur le flux net d'évaporation. En particulier, dans le cas traité, une pression de gaz incondensable de l'ordre de 7 Pa permet de réduire le flux net d'évaporation de moitié. Enfin est étudié le cas plus complexe du plasma d'arc dans le procédé de refusion à l'arc sous vide. Un modèle cinétique du plasma au voisinage d'un spot cathodique est proposé et appliqué au cas d'un arc à cathode de nickel.
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Semlali, Bouchaib. "Caractérisation et modélisation spatiale de la broyabilité des massifs rocheux : cas de la mine Troilus." Thesis, Université Laval, 2007. http://www.theses.ulaval.ca/2007/24481/24481.pdf.
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Seignez, Nicolas. "Nano-structures et mécanismes d'altération d'un vitrifiat issu de la métallurgie du plomb : similitudes et spécificités vis-à-vis de matériaux vitreux d'origine industrielle et naturelle." Lille 1, 2006. https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupversions/0f9b049c-67ae-4eb1-9e1f-bdcf6cf0284e.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes de relargage et de rétention des polluants (Pb, Zn) lors de l'altération des scories métallurgiques de type lead blast fumace (première fusion du plomb). Dans un premier temps, une caractérisation détaillée de ce matériau partiellement vitrifié a établi : (1) que la matrice vitreuse, auparavant supposée homogène et majoritaire, est caractérisée par un début de cristallisation fractionnée massive de nano-oxydes de fer substitués en zinc (magnétite, wüstite ou franklinite) et (2), que Pb est uniquement contenu dans des phases bien individualisées. En régime dynamique dans des conditions de lixiviation très éloignées de l'équilibre (au contact d'une eau pure) la phase vitreuse et les billes de plomb métal sont les deux principales phases à s'altérer. A l'inverse, les oxydes de fer cristallisés sont relativement stables. La dissolution sélective de la phase vitreuse entraîne la libération des éléments modificateurs du réseau vitreux (Ca Na, Mg, Mn. . . ) et la formation d'une pellicule d'altération aux propriétés non protectrices. Elle est peu dense et constituée des éléments les moins mobiles (Si, Al et Fe). Cependant, l'altération de la phase vitreuse est parfois totalement inhibée alors que l'écart à l'équilibre est maintenu très grand lors des essais. Grâce à ces résultats, un modèle d'altération des scories et de transfert des polluants a été proposé. Dans ce modèle, l'altération de l'assemblage de phases est dépendant de facteurs cinétiques et de la dissolution sélective de la phase vitreuse. Ce modèle a été simulé à l'aide des codes de calculs géochimiques CHESS et de réaction-transport HYTEC.
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Van, Belle Laurent. "Analyse, modélisation et simulation de l'apparition de contraintes en fusion laser métallique." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0116/document.
Full textAbstract:
Les procédés additifs, auxquels appartient la fusion laser de poudres métalliques, ont la capacité de créer des structures à géométries complexes, avec la possibilité d'intégrer des formes creuses, par exemple des canaux de refroidissement assurant un contrôle thermique optimum. Ce procédé permet de fabriquer des pièces réelles à partir de poudres métalliques, par fusion du matériau, couche par couche, en accord avec le modèle CAO. Au cours du procédé, de nombreux cycles thermiques et d'importants gradients thermiques se produisent dans la pièce au cours de sa fabrication. Ces gradients de température induisent des déformations plastiques hétérogènes et de ce fait des contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent nuire à la qualité de la pièce obtenue, par exemple sa résistance mécanique. Ces travaux ont pour objectifs de proposer un modèle numérique, s’appuyant sur la méthode des éléments finis afin d'étudier l'apparition des contraintes résiduelles lors du procédé de fusion laser de poudres métalliques. Le logiciel multiphysique ABAQUS® a été utilisé pour effectuer les analyses thermiques et mécaniques. La technique « d'ajout et de suppression des éléments » a été utilisée afin de simuler la fusion et la solidification de la matière au cours du procédé. Les propriétés mécaniques dépendantes de la température de l'acier maraging, utilisé dans notre cas, ont été obtenues à l’aide d’essais expérimentaux de caractérisations et intégrées dans le modèle. Les calculs sont réalisés de manière découplée, dans un premier temps le calcul thermique est effectué, puis les résultats sont utilisés pour réaliser le calcul mécanique et finalement prédire les champs de contraintes. Dans le cadre de ce travail, une méthode originale s'appuyant sur la technique de mesure des contraintes résiduelles par enlèvement de couches successives a été mise au point pour mesurer ces contraintes en direct au cours du procédé. Les résultats renseignent sur le niveau et la distribution des contraintes dans la pièce créée et le support. Deux paramètres ont été testés afin d'étudier leur influence sur le niveau des contraintes résiduelles : le temps d’étalement de la poudre entre deux couches successives et la hauteur des couches. Le modèle numérique paramétrable permet d'analyser les effets de paramètres liés au procédé sur la répartition des contraintes résiduelles dans les pièces fabriquées. Les résultats montrent que la variation de l'épaisseur du support n'affecte pas la répartition des contraintes dans la pièce créée. Le préchauffage du support à une température de 800°C réduit les contraintes résiduelles L'étude de quelques trajectoires laser montre leurs influences sur la répartition des déformations plastiques cumulées ainsi que la hauteur des couches de poudres ou de la forme du support (embase, colonnes)The Selective Laser Melting process, belonging to Additive processes , have the ability to create structures with complex geometries , with the possibility of including cavities, such as cooling channels providing optimum temperature control. This process enables the manufacture of three-dimensional parts from metal powders by melting the material , layer by layer, in agreement with the CAD model. In the process , high temperatures and thermal gradients cycles occur in the part during the process. These temperature gradients induce heterogeneous plastic strain and residual stresses. These residual stresses may affect the quality of the part obtained, for example the fatigue life. This work aims to propose a numerical model , based on the finite element method to study the appearance of residual stresses during laser melting process of metallic powders . The ABAQUS® Multiphysics software was used to perform the thermal and mechanical analyzes. The movement of the laser beam and the resolution of the thermal problem can predict the evolution of the temperature in the part and support. The "birth and death elements" technique was used to simulate the melting and solidification of the material during the process. Dependent mechanical properties of the temperature of the maraging steel used in this case were obtained using experimental testing and characterization and were established in the model. The calculations are decoupled : initially thermal calculation is performed and the results are used to perform mechanical calculations and finally predict the residual stress fields. In this work, a novel method based on the technique of measuring residual stresses by removing layers was developed to measure these stresses directly in the process. The results provide information on the level and distribution of stresses in the created part and support. Two parameters were tested to study their influence on the level of residual stress : time to spread the powder between two successive layers and layer height. The model is used to analyze the effects of process parameters related to the distribution of residual stresses in the manufactured parts. The results show that the variation of the thickness of the support does not affect the distribution of stresses in the part created. Preheating the substrate to a temperature of 800 °C reduces the residual stresses. The study of some laser strategies shows their influence on the distribution of plastic strain thus the height of the layers of powder or in the form of support (base, columns)
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Corpace, Fabien. "Soudage par résistance du gainage combustible ODS d'un réacteur nucléaire de 4ème génération." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00786263.
Full textAbstract:
Les alliages ODS (Oxide Dispersion Strengthened) sont des matériaux candidats pour la réalisation du gainage combustible des réacteurs nucléaires de Génération IV de type RNR-Na. Leurs propriétés mécaniques à haute température sont assurées par une dispersion d'oxydes nanométriques qui peut être modifiée sous l'effet de la température et notamment lors du passage par l'état liquide. Les procédés d'assemblage en phase solide sont donc préconisés. La méthode de soudage étudiée dans cette thèse est le soudage par résistance en bout. Une double approche simulation numérique-expérimentation a été mise en place pour étudier l'influence des paramètres opératoires sur le soudage et la soudure. L'ensemble des essais (expérimentaux et numériques) est réalisé selon la méthode des plans d'expériences factoriels complets. Un alliage ODS base fer à 20 % de chrome a été utilisé comme alliage d'essai.L'analyse de l'influence des paramètres opératoires sur le soudage est réalisée dans un premier temps. Les résultats montrent que l'étape de soudage peut se découper en trois phases. Dans une première phase, la température augmente au niveau des interfaces. Dans une seconde phase, le procédé de soudage est gouverné par le changement de section macroscopique lorsque le courant passe du bouchon massif à la gaine plus étroite. La température augmente alors dans la partie de gaine dépassant de l'électrode. Lorsque la température atteint une valeur suffisamment élevée, la partie de gaine dépassant de l'électrode se déforme, entrainant un affaissement général des pièces et constituant la troisième phase de l'étape de soudage. L'influence des paramètres opératoires sur les phénomènes physiques lors de l'opération d'assemblage est évaluée. Il est alors possible d'influer sur les sollicitations thermiques et mécaniques à l'aide des paramètres opératoires. L'analyse de l'influence des sollicitations thermomécaniques sur la soudure est réalisée dans un second temps. Sur les plages de paramètres opératoires étudiées, les résultats révèlent sur certaines soudures la présence de défauts de compacité ainsi qu'une modification de la microstructure et de la dispersion des oxydes. Les défauts de compacité peuvent être liés à des phénomènes thermiques et mécaniques au contact entre pièces. Les modifications de la microstructure sont liées à des phénomènes de recristallisation dynamique ou de fusion locale et donc à des phénomènes thermiques mais aussi mécaniques avec la présence de déformations importantes. Les modifications de la microstructure sont alors reliées à une modification de la dispersion d'oxydes. A l'aide des paramètres opératoires il est possible d'influer sur les températures et les déformations afin de limiter les modifications de la structure de l'alliage ODS ainsi que l'apparition de défaut de compacité. A l'aide de l'ensemble de ces résultats, la procédure de soudage est adaptée sur un alliage ODS à 9 % de chrome, nuance envisagée pour la réalisation des futurs gainages combustibles. L'influence des propriétés matériaux sur le soudage et la soudure est alors discutée en comparant les deux nuances ODS de compositions différentes mais aussi en comparant les résultats obtenus sur l'alliage ODS à 20 % de chrome avec un alliage non renforcé de composition semblable.
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Shi, Jianjun. "Experiment and simulation of micro injection molding and microwave sintering." Thesis, Besançon, 2014. http://www.theses.fr/2014BESA2064/document.
Full textAbstract:
Procédé de moulage par injection de poudres est constitué de quatre étapes principales: la préparation des matières premières, moulage par injection, le déliantage et le frittage. Cette thèse présente les recherches sur deux aspects principaux: la micro-injection et frittage par micro -ondes. Les contributions principaux peuvent être conclues dans les quatre aspects suivants: Modification et complément de l'algorithme précédent pour la simulation du procédé de moulage par injection; L'évaluation et la mise en œuvre de l'effet de tension de surface en simulation pour micro-injection; Micro-ondes expériences de frittage de compacts basés sur l'acier inoxydable 17-4PH; Réalisation de la simulation de frittage à micro-ondes avec couplage de la multi-physique, y compris le chauffage à micro-ondes classique, le transfert de chaleur, et le supplément de modèle pour la densification de frittage de la poudre compactéPowder Injection molding process consists off our main stages: feedstock preparation, injection molding, debinding and sintering. The thesis presents the research on two main aspects: micro injectionmolding and microwave sintering. The main contributions can be concluded in thefollowing four aspects: Modification and supplement of previous algorithm for the simulation ofinjection molding process; Evaluation and implementation of surface tension effect in simulation for micro injection; Microwave sintering experiments of compacts based on 17-4PH stainles ssteel; Realization of the microwave sintering simulation with the coupling of multi-physics,including the classic microwave heating, heat transfer, and the supplement of model for sintering densification of powder impacts
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Fruhauf, Jean-Baptiste. "ELABORATION ET CARACTERISATION MECANIQUE DE COMPOSITES A MATRICE TITANE RENFORCES PAR DES PARTICULES DE TIC." Thesis, Saint-Etienne, EMSE, 2012. http://www.theses.fr/2012EMSE0670/document.
Full textAbstract:
Les propriétés spécifiques du titane en font un matériau de choix pour remplacer l’acier dans des applications où le poids est un paramètre de conception important. cependant, contrairement à l’acier, le titane souffre de mauvaises propriétés tribologiques. c’est pour répondre à cette problématique qu’il est envisagé de développer des composites à matrice métallique (cmm) titane renforcée par des particules de carbure de titane. dans le cadre de ce projet, plusieurs nuances de cmm à matrice ti ou ti-6al-4v contenants différentes fractions volumiques de particules de tic ont été élaborées par métallurgie des poudres. trois procédés ont été employés : le frittage libre, la compression isostatique à chaud et le filage. les différentes nuances ont ensuite été caractérisées du point de vue microstructurale (taux de densification, taille des grains) et mécanique (traction). la confrontation des résultats a permis d’établir un lien entre microstructure et propriétés mécaniques. dans l’optique d’étudier la mise en forme mais également d’améliorer les propriétés mécaniques, un post-traitement de type forgeage a été appliqué à la suite de la phase d’élaboration. excepté dans le cas des cmm filés, la présence de renforts entraîne l’apparition d’endommagement lors de la déformation à chaud. nous avons alors déterminé les conditions de forgeage les plus adaptées selon les nuances.finalement, à travers un travail de modélisation analytique et de simulation numérique par méthode d’homogénéisation, nous avons déterminé les grandeurs mécaniques (module de young et limite d’élasticité) et prévu la loi de comportement des cmm en tractionThe specific properties of titanium make it a key material for the replacement of steel in weight dependent applications. however, unlike steel, titanium suffers from poor wear resistance. in order to improve this weakness, it is proposed to develop titanium metal matrix composites (mmc) reinforced with titanium carbide particles.to this end, ti and ti-6al-4v mmc were prepared with reinforcement fractions ranging from 5 percent to 20 percent using three powder metallurgy techniques: free sintering, hot isostatic compression and extrusion. the composites were then characterized from a microstructural (density, grain size) and a mechanical (tensile test) point of view. by comparing the results, it was possible to establish a relationship between microstructural features and mechanical properties.following their preparation, the composites were subjected to a forging step in order to study their behavior during hot deformation and to further improve their mechanical properties. the presence of particles induces the apparition of damage during hot deformation. therefore, we determined the best forging for the different composites whilst taking microstructure into account.finally, through analytical modeling and numerical simulations, we determined the young modulus, the yield stress and predicted the behavior of a mmc during a tensile test
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Esmaieli, Kamran. "Stability Analysis of ore Pass Systems at Brunswick Mine." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27140/27140.pdf.
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Scholtes, Benjamin. "Développement d'un modèle level set performant pour la modélisation de la recristallisation en 3D." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM083/document.
Full textAbstract:
Les propriétés mécaniques et fonctionnelles des matériaux métalliques sont conditionnées par leurs microstructures, qui sont elles-mêmes héritées des traitements thermomécaniques subis. Etre capable de prévoir et simuler la microstructure et ses hétérogénéités lors des procédés de mise en forme complexes est récemment devenu crucial dans l'industrie métallurgique. C'est également un véritable challenge d'un point de vue numérique qui met en évidence l'importance des matériaux numériques dans les nouvelles méthodes de modélisation. Dans ce travail, nous nous intéressons à un modèle en champ complet récent basé sur la méthode level set (LS) dans un cadre éléments finis (EF) pour la modélisation des mécanismes de recristallisation.Les points forts de cette approche par rapport à l'état de l'art ont motivé le développement d'un logiciel appelé DIGIMU® par la société TRANSVALOR avec le soutien de grandes entreprises industrielles. Toutefois, le principal inconvénient de cette approche, commun aux autres méthodes en champ complet utilisant des maillages EF non structurés, reste son coût numérique important.Le principal objectif de ce travail a donc été d'améliorer considérablement le coût numérique de la formulation LS utilisée dans le contexte de maillages EF non structurés. De nouveaux développements génériques ont été réalisés pour améliorer l'efficacité globale du modèle. La formulation 2D LS existante, déjà utilisée pour modéliser la croissance de grains, la recristallisation statique et l'effet d'ancrage de Smith-Zener, a été étendue et améliorée afin de modéliser ces mécanismes en 3D pour des polycristaux à grand nombre de grains en des temps de calcul raisonnablesMechanical and functional properties of metallic materials are strongly related to their microstructures, which are themselves inherited from thermal and mechanical processing. Being able to accurately predict and simulate the microstructure and its heterogeneities after complex forming paths recently became crucial for the metallurgy industry. This is also a real challenge from a numerical point of view which highlights the importance of digital materials in new modeling techniques. In this work, we focus on a recent front-capturing full field model based on the level set (LS) method within a finite element (FE) framework to model recrystallization mechanisms.The strengths of this approach comparatively to the state of the art have motivated the development of a software package called DIGIMU® by the company TRANSVALOR with the support of major industrial companies. However, the main drawback of this approach, common with other front-capturing full field approaches working on unstructured FE meshes, is its important computational cost, especially in 3D.Main purpose of this work was finally to drastically improve the numerical cost of the considered LS-FE formulation in context of unstructured FE meshes. New generic numerical developments have been proposed to improve the global efficiency of the model. The existing 2D LS formulation, already used to model grain growth, static recrystallization and the Smith-Zener pinning effect, has been extended and improved in order to model these mechanisms in 3D for large-scale polycrystals with reasonable computational costs
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Ba, Kadiata. "Intégration de la modélisation du matériau et du procédé pour le design et l'optimisation d'une composante de train d'atterrissage d'avion : procédé de forgeage." Doctoral thesis, Université Laval, 2017. http://hdl.handle.net/20.500.11794/29950.
Full textAbstract:
Le présent travail concerne l’intégration de la modélisation du matériau et du procédé dans le design et l’optimisation d’une composante de train d’atterrissage d’avion fabriquée par forgeage à chaud en collaboration avec la société Héroux-Devtek. Pour mener à bien cette tâche, un travail d’investigation des différents aspects du matériau, du procédé et des techniques de modélisations numériques a été effectué. Une caractérisation des propriétés mécaniques et métallurgiques de l’alliage d’aluminium 7175 sous différentes conditions a été réalisée, ce qui a conduit à une meilleure connaissance du comportement de cet alliage notamment dans les conditions de forgeage. Le modèle de comportement de Johnson-Cook a été caractérisé et utilisé pour les simulations des différents cas d’analyse. Une investigation au niveau de l’intégration de l’effet de la microstructure dans le modèle de comportement a été faite. Cette étude a conduit à considérer le modèle de Johnson-Cook modifié qui a la particularité de prendre en compte les effets de la recristallisation dynamique dans le modèle d’écoulement du matériau. Une meilleure précision est obtenue en comparaison avec le modèle de Johnson-Cook standard pour des simulations impliquant de hauts niveaux de déformation. De plus, une investigation au niveau des plus récents outils de simulation a été effectuée. Une étude comparative des formulations CEL (Couplage Eulérien-Lagrangien) et SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) vis-à-vis de la méthode classique des ÉF (éléments finis) a permis de classifier les différentes approches selon leurs performances relatives lors des simulations du forgeage de pièces complexes en grandes transformations (écoulement de matière très important). Pour pouvoir utiliser la formulation SPH interne à Abaqus dans le cas de couplage thermomécanique, il a fallu développer un VUMAT («user ’s material») thermomécanique. Une contribution a été apportée au niveau de la méthode SPH pour la simulation plus précise du forgeage, d’abord en extensionnant un code SPH maison afin qu’il puisse résoudre des problèmes thermomécaniques couplés en grandes déformations et ensuite en transformant le code SPH en un élément de l’usager («user’s element») via l’utilitaire VUEL d’Abaqus en formulation Lagrangienne totale. En guise de validation, nous avons réalisé des travaux autant de nature numérique qu’expérimentale. Au niveau numérique, les résultats obtenus avec le code maison ont été validés par comparaison avec les résultats obtenus avec le code commercial Abaqus. Par ailleurs afin d’atteindre l’objectif principal d’intégration de la modélisation du matériau et du procédé, une méthodologie d’analyse appropriée a été développée et validée expérimentalement en concevant et en fabriquant par forgeage, un prototype représentatif de la pièce industrielle. Mots-clés : Forgeage à chaud, train d’atterrissage, caractérisation, alliages d’aluminium, Johnson-Cook, recristallisation dynamique, Abaqus, ÉF, CEL, VUMAT, VUEL SPH, formulation Lagrangienne totale, code SPH.The present work deals with the development of an integrated material and process modeling methodology for the design and optimization of an aircraft landing gear component manufactured using hot forging process in collaboration with Héroux-Devtek. To carry out this work, an investigative work of the different aspects of the material, process and numerical modeling techniques is performed. A characterization of mechanical and metallurgical properties of the aluminum alloy 7175 under various conditions has been done and the work allowed to better know the behavior of this alloy particularly in our forging conditions. The Johnson-Cook constitutive model was characterized and used for simulations of various processes analysis. An investigation about the integration of the effect of the microstructure in the material behavior law was realized. This study led one to consider a modified Johnson-Cook model that can take account of the effects of dynamic recrystallization during the material flow. A greater accuracy was obtained in comparison with the standard Johnson- Cook model for simulations involving high strain levels. An investigation about the simulation tools was also performed. A comparative study of CEL (Coupling Eulerian-Lagrangian) and SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) formulation with the finite elements method (FEM) allowed to classify the different methods according to their performance in the simulations of complex forged part involving large deformations (very important material flow). To use the SPH formulation existing in Abaqus for the simulation of coupled thermomechanical problems, it was first necessary to develop a thermomechanical VUMAT (user’s material) subroutine. For more accurate simulation of forging process, a contribution was made regarding the SPH method. To do this, an independent in-house SPH code and an ABAQUS VUEL (user’s element) subroutine based on the total Lagrangian formulation of solid mechanic’s equations were developed. For validation purposes, both numerical investigations and experimental works were accomplished. Regarding the numerical simulation, the results obtained with the in-house code were validated by comparing them with results obtained using the Abaqus FE commercial code. Moreover, in order to achieve the main objective of integrated material and process modeling for the product design, a suitable methodology was developed and validated experimentally by designing and manufacturing by the closed die hot forging process, a representative prototype of the industrial part. Keywords: Hot forging, landing gear, aluminum alloys, Johnson-Cook, dynamic recrystallization, Abaqus, FE, CEL, VUMAT, VUEL SPH, total Lagrangian formulation, SPH code.
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Hammoud, Hussein. "Sintering of cerium oxide based materials by microwave heating." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEM004/document.
Full textAbstract:
L'objectif principal de cette thèse est l'évaluation de la technologie de chauffage par micro-ondes et son applicabilité dans l'étape de densification, dans le cadre d’un procédé de recyclage des déchets nucléaires à très longue vie et ensuite le suivi du procédé de frittage de l'oxyde de cérium, simulant de l’oxyde de plutonium. Dans ce travail, nous avons développé un système permettant de déterminer les propriétés diélectriques de l'oxyde de cérium et avons fait une étude comparative entre le frittage par chauffage micro-ondes dans une cavité monomode et le frittage conventionnel dans un dilatomètre classique pour deux poudres de cérine: l’une de taille micrométrique, la seconde de taille nanométrique. En outre, nous avons effectué des simulations numériques sur la base d’un modèle couplant électromagnétisme et transfert de chaleur. Ces travaux ont montré l’effet de la taille d’une particule sphérique modèle sur le champ électrique (E) dans la particule et autour d’elle. Dans le cadre d’empilements modèles, nous avons montré que la présence d’un cou entre ces particules, leur orientation par rapport au champ E et le nombre de particules constitutives de cet empilement jouent un rôle déterminant sur l’intensité du champ E, ce qui a des conséquences sur le chauffage des particulesThe main objective of this thesis is the evaluation of the heating by microwave technology and its applicability in the densification step, as a part of nuclear long life wastes recycling process and then the following up of the sintering of cerium oxide, a non-radioactive simulant of plutonium oxide. In this work, we developed a system for determining the dielectric properties of cerium oxide and made a comparative study between the sintering by microwave heating in a single-mode cavity and the conventional sintering in a dilatometer for two different powders of ceria: the first one has a micrometric particle size and the second has a nanometric one. In addition, we performed several numerical simulations on the basis of a model coupling electromagnetics and heat transfer. In these works, we have shown the effect of the size of a spherical model particle on the electric field (E) inside and around the particle. In the framework of a packing model of particles, the presence of a neck between these particles, their orientation relative to E field, and the number of these particles showed a decisive role in the intensity of the E field which has a direct impact on the heating of the particles
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Baudoin, Pierre. "Caractérisation et identification de propriétés de matériaux métalliques à gradients de microstructure." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10015/document.
Full textAbstract:
L'objectif de ces travaux de thèse est de proposer une démarche de caractérisation et de simulation de matériaux métalliques à gradients de microstructure. Ces résultats doivent permettre de modéliser l'impact du procédé de forgeage sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles d'essieux ferroviaires, produits dans le cadre du projet Innovaxle par la société Valdunes. Des essais de caractérisation réalisés sur un essieu forgé mettent en évidence un gradient de taille de grain entre le cœur et la surface de la pièce. Ce gradient est reproduit à une échelle plus fine sur des éprouvettes recristallisées en fer ARMCO, dont la caractérisation révèle un comportement élasto-plastique fortement hétérogène. Ce comportement est caractérisé à l'aide de la méthode F.E.M.U. (Finite Element Model Updating), qui appuie une hypothèse de modélisation basée sur l'application de la loi Hall-Petch à l'échelle mésoscopique. Cette modélisation sert de base à des simulations en fatigue décrivant la réponse à des sollicitations non-uniformes d'agrégats polycristallins à gradient de microstructure. L'intérêt de microstructures conçues en prévision de chargements spécifiques est mise en avant par ces simulations. Les calculs éléments finis présentés dans ces travaux sont réalisés avec le logiciel Code Aster, et le logiciel libre YADICS est utilisé pour la corrélation d'images numériquesThe main objective of this thesis is to design a consistent methodology for the characterization and simulation of functionally graded metals. This approach should allow the assessment of the high cycle fatigue response of forged railway axles produced by Valdunes, in the context of the Innovaxle project. The tests conducted on the forged material reveal a very heterogeneous microstructure, whose grain size varies in the width of the axle. A procedure based on recrystallisation is designed to reproduce this grain size gradient on a smaller scale, on a reference material (ARMCO iron). The characterization of the obtained graded microstructure shows heterogeneities in the local elasto-plastic response of the specimen. This behaviour is tentatively described by a heterogeneously distributed elasto-plastic law over the microstructure, the local yield strength being obtained from the local grain size through a Hall-Petch formulation. This model is used to simulate the response of graded microstructures under heterogeneous loadings in the high cycle fatigue regime. The interests of functionally graded materials are outlined by these simulations. The finite element simulations run in this work make use of the Code Aster software, and the digital image correlation program YADICS is used for image registration purposes
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Piochaud, Jean-Baptiste. "Modelling of radiation induced segregation in austenitic Fe alloys at the atomistic level." Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10024/document.
Full textAbstract:
Dans les réacteurs à eaux pressurisée, les internes de cuve sont soumis à d’intenses irradiations induisant le mécanisme de corrosion sous contrainte assistée par l’irradiation initié par le phénomène de ségrégation induite par l’irradiation (SIR). La SIR observée dans les aciers austénitiques 316 est modélisée à l’échelle atomique en considérant un alliage ternaire modèle Fe–10Ni–20Cr. Pour atteindre cet objectif, nous avons construit un modèle d’interactions de paires pour le système Fe-Ni-Cr afin de modéliser la SIR par méthodes Monte Carlo. Le modèle d’interactions de paires fut déduit à la fois des calculs DFT (Density Functional Theory) disponibles dans les systèmes pures cubiques faces centrées, mais aussi en effectuant des calculs DFT dans l’alliage Fe–10Ni–20Cr. Les énergies de formation calculées dans cet alliage modèle dépendent fortement de l’environnement local des défauts ponctuels. Nous avons pu ainsi établir une relation liant ces énergies au nombre et à la position des atomes de Ni et de Cr se trouvant à proximité des défauts ponctuels. Dans cette étude, nous montrons qu’un modèle d’interactions de paires uniquement basé sur les interactions entre éléments positionnés sur les sites du réseau (éléments d’alliage et lacune) est incapable de prendre en compte seul à la fois les aspects thermodynamiques et cinétiques de la SIR. Une estimation plus précise des barrières de migration est requise pour les espèces migrantes que celle proposée qui ne prend pas en compte l’environnement du point col. Ce travail montre ainsi qu’il est nécessaire de réaliser des calculs DFT des énergies de migration afin d’être en mesure de calibrer un modèle utilisable dans le cadre de simulations de Monte Carlo cinétique atomique. Nous montrons également que l’ajustement de notre modèle sur les données DFT obtenues pour les interstitiels est incompatible avec la modélisation de la SIR aux électronsIn pressurized water reactors, under irradiation internal structures are subject of irradiation assisted stress corrosion cracking which is influenced by radiation induced segregation (RIS). In this work RIS of 316 stainless steels is modelled considering a model ternary Fe–10Ni–20Cr alloy. For this purpose we have built an Fe-Ni-Cr pair interaction model to simulate RIS at the atomistic level using an atomistic kinetic Monte Carlo approach. The pair interactions have been deduced from density functional theory (DFT) data available in the pure fcc systems but also from DFT calculations we have performed in the Fe–10Ni–20Cr target alloy. Point defect formation energies were calculated and found to depend strongly on the local environment of the defect. As a consequence, a rather good estimation of these energies can be obtained from the knowledge of the number and respective positions of the Ni and Cr atoms in the vicinity of the defect. This work shows that a model based only on interaction parameters between elements positioned in perfect lattice sites (solute atoms and vacancy) cannot capture alone both the thermodynamic and the kinetic aspect of RIS. A more accurate of estimating the barriers encountered by the diffusing species is required than the one used in our model, which has to depend on the saddle point environment. This study therefore shows thus the need to estimate point defect migration energies using the DFT approach to calibrate a model that can be used in the framework of atomic kinetic Monte Carlo simulations. We also found that the reproduction by our pair interaction model of DFT data for the self-interstitial atoms was found to be incompatible with the modelling of RIS under electron irradiation
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Nagy, Csaba. "Modélisation numérique multiphysique et multi-échelles de la solidification des alliages sous la convection forcée." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAI054/document.
Full textAbstract:
L’aluminium et ses alliages sont très largement exploités en industrie car ils sont légers, peu sensibles à la corrosion et parfois ont une dureté comparable à celle de l’acier. Souvent, le matériau est utilisé brut de fonderie, dans ce cas, la composition, la macro et microstructure de matériau issues de la solidification, définissent son comportement suivant les conditions d’utilisation. Cependant, au cours des procédés d’élaboration sur terre, l’écoulement convectif apparaît à cause de la gravité et modifie les conditions locales de la solidification, la distribution du soluté et influe sur les propriétés de matériau. Afin d’analyser et contrôler ces phénomènes, des études expérimentales et numériques ont été réalisés.Deux fours de type Brdigman ont été construits à l’Université de Miskolc par MTA-ME Materials Science Research Group dans le cadre du ESA-MAP MICAST pour étudier l’effet de l’écoulement convectif lors de la solidification des alliages. Ces fours ont été équipés de systèmes électromagnétiques permettant de générer des champs magnétiques rotatif et glissant .Des modèles multiphases développés à SIMAP/EPM, Grenoble, France, ont été utilisés pour la simulation numérique de la solidification d’alliages binaire et ternaire en présence d’un écoulement convectif créé par des forces électromagnétiques. La modélisation de la solidification d’un alliage Al-Si avec un brassage rotatif a été réalisée pour des configurations 2D et 3D avec un couplage entre un modèle macroscopique de transport et des modèles à l’échelle mésoscopique, l’un basé sur la règle de levier et l’autre sur une moyenne d’ensemble Euler-Euler. De plus, les effets de deux modes de brassage par champs glissants sur la solidification d’un alliage ternaire ont été étudiés dans une géométrie 3D à l’aide d’un modèle macroscopique basé sur la règle de levier. Les résultats des modélisations numériques permettent d’expliquer la ségrégation observée sur les échantillons expérimentauxAluminium and aluminium-based alloys are widely in industry due to the corrosion passivity, lighter weight, yet – in several cases – comparable strength with steel. Often, the material is used “as-cast“, that means that composition, macro- and microstructure of the material emerged during the casting defines its behaviour under different loads. Yet, convective flows generally arise in casting processes performed on-ground because of gravity and modify local solidification conditions, and, consequently, solute distribution and affect properties of material. To understand and to be able to control such phenomena, detailed experimental and numerical work has been needed.Two Bridgman-type furnaces were constructed in the University of Miskolc, Hungary, by MTA-ME Materials Science Research Group in the framework of the ESA funded MICAST project for experimental study of the effect of convective flow in solidification of alloys. These facilities were equipped with electromagnetic systems capable to generate rotating and travelling magnetic fields of various intensities.Multiphase models developed at SIMaP/EPM, Grenoble, France, were applied for numerical study of the solidification of binary and ternary aluminium alloys under electromagnetically generated convective flow. Solidification of a binary Al-Si alloy under RMF stirring was done with Euler-Euler ensemble averaging and lever rule mesoscale models coupled with the macroscale transport both in 2D and 3D geometries. Further, effect of various modes of TMF stirring during solidification of a ternary alloys was studied in 3D geometry with lever rule based macroscopic model. Results of numerical simulations well explain the segregation observed in the experimental samples
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De, Oliveira Campos Leandro Dijon. "Mass transfer coefficients across dynamic liquid steel/slag interface." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0554/document.
Full textAbstract:
Afin de prédire l’évolution de la composition chimique du laitier dans différents procédés sidérurgiques, un modèle CFD a été développé. Les coefficients de transfert de masse sont estimés à partir des modèles basés sur les paramètres physico-chimiques et hydrodynamiques, comme par exemple la diffusivité des espèces chimiques et la divergence de l’interface. Ces modèles ont été développé pour la prédiction du transfert gaz-liquide où le les nombres de Schmidt (Sc=ν⁄D) sont relativement faible (Sc≈200). Par contre, les procédés industriels ont un nombre de Sc considérablement plus importante, de l’ordre de 103 à 104. Pour évaluer la pertinence de ces modèles, l’hydrodynamique au voisinage d’une interface liquide-liquide a été étudiée. Un modèle CFD et des mesures par l’anémométrie laser (LDA) ont été utilisés pour calculer et valider les champs de vitesse d’une maquette à eau d’une lingotière de coulée continue (CC).Le modèle de transfert de masse d’une lingotière de coulée continu industriel nous a montré que les coefficients de transfert de masse ne sont pas distribués de manière homogène, et les propriétés physiques du laitier ne doivent pas y être non plus. Cette distribution non-homogène a été confirmée par des essais physiques. Les écoulements calculés numériquement ont été utilisé pour prédire les coefficients de transfert de masse entre les deux phases liquide. Ces paramètres seront utilisés comme donnée d’entré pour un modèle de thermodynamique afin de prédire l’évolution de la composition chimique du laitierIn order to characterize the mass transfer coefficients (MTC) of different species across liquid steel/slag interface, a multiphase Computational Fluid Dynamic (CFD) model was developed. MTC’s are estimated from models based on physicochemical and hydrodynamic parameters, such as mass diffusivity, interface shear and divergence strength. These models were developed for gas-liquid interactions with relative low Schmidt (Sc=ν⁄D) numbers (Sc≈200). However, the industrial processes involve mass transfer of chemical species with Sc number ranging from 103 to 104. To evaluate the applicability of these existing models, the fluid flow in the vicinity of a liquid/liquid interface is investigated. Computational Fluid Dynamic (CFD) and Laser Doppler Anemometry (LDA) were used to calculate and measure the velocity field on a continuous casting (CC) water model configuration. The work provides new insights and original measures to understand the fluid flow near liquid-liquid interfaces.The mass transfer model of an industrial continuous casting mold showed that the mass transfer coefficients are not homogeneously distributed, and slag properties should follow this trend. This non-homogeneity was confirmed by physical experiments performed with a water model of a CC configuration and its CFD representation. The calculated flow was used to predict the MTC and the interface area between phases, since the interface is constantly moving. These parameters will be the input of thermodynamic models to predict slag composition and viscosity. This methodology is currently under validation, and it will also be applied to improve steel plant performance in the desulphurization process
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Bertrand, Carl. "Modélisation de la séparation magnétique de basse intensité sur tambours rotatifs : enrichissement du minerai Havre Saint-Pierre de Rio Tinto, Fer et Titane." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27756/27756.pdf.
Full text
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Badran, Mohamad. "Contribution au développement d'une Nouvelle Approche du Compound Energy Formalism (NACEF)." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0109.
Full textAbstract:
Dans un contexte actuel visant à réduire les consommations d’énergies, il est nécessaire dans de nombreux domaines industriels de développer de nouveaux matériaux tels que les alliages métalliques multi-constitués. Leur caractérisation d’une manière purement expérimentale devenant rapidement impossible à réaliser, les outils de simulation numériques deviennent incontournables. A ce titre, l’approche CALPHAD (Calculation of Phase Diagram) constitue l’outil numérique le plus adapté pour traiter d’un point de vue thermodynamique les systèmes multi-constitués. Il s’agit d’une méthode semi-empirique permettant de décrire par des fonctions mathématiques les énergies de Gibbs des phases d’un système en ajustant certains paramètres à partir d’un ensemble d’informations relatives aux équilibres ente phases ou aux propriétés thermodynamiques et structurales. Basé sur le modèle de sous-réseaux, le Compound Energy Formalism (CEF) est largement utilisé dans les modélisations de type CALPHAD afin de décrire l’énergie de Gibbs de phases qui présentent plusieurs sous-réseaux. Les travaux présentés dans ce mémoire constituent une contribution au développement d’une Nouvelle Approche du Compound Energy Formalism (NACEF) qui vise à accroître son potentiel. Dans ce mémoire est présentée la nouvelle approche NACEF dans le cas des phases binaires à multiple sous-réseaux qui présentent des défauts de type anti-site. Nous avons appliqué NACEF dans la modélisation de 2 systèmes binaires afin d’en démontrer le potentiel et en particulier son aptitude à rendre compatibles les simplifications de modèle. Il s’agit du système Fe-Nb dans lequel la phase de Laves C14 a été décrite par le modèle à 3 sous-réseaux et du système Co-Cr où la phase σ a été modélisée avec 5 sous-réseaux. Dans le dernier chapitre, nous proposons une méthode d’extrapolation basée sur NACEF qui permet d’obtenir une estimation des énergies des configurations ordonnées d’une phase multi-constituée à partir de celles des configurations binaires. Les résultats obtenus sur de nombreux systèmes dans le cas des phases C14 et σ indiquent une forte corrélation entre les valeurs extrapolées et celles obtenues par DFTIn a current context of reducing energy consumption, it is necessary in many industrial fields to develop new materials such as multi-compound metal alloys. Their characterization in a purely experimental way quickly becomes impossible to realize, digital simulation tools become unavoidable. As such, the CALPHAD (Calculation of Phase Diagram) approach is the most appropriate numerical tool for thermodynamic processing of multi-constituent systems. This is a semi-empirical method for describing the Gibbs energies of the phases of a system by mathematical functions by adjusting certain parameters from a set of information relating to the equilibrium phase or the thermodynamic and structural properties. Based on the sublattice model, Compound Energy Formalism (CEF) is widely used in CALPHAD modeling to describe Gibbs energy of phases that have multiple sublattices. The work presented in this dissertation is a contribution to the development of a New Approach to Compound Energy Formalism (NACEF) that aims to increase its potential. In this thesis, the new NACEF approach is presented in the case of multi-subnet binary phases with anti-site defects. We applied NACEF in the modeling of 2 binary systems in order to demonstrate its potential and in particular its ability to make model simplifications compatible. This is the Fe-Nb system in which the Laves C14 phase has been described by the 3-sublattice model and the Co-Cr system where the σ phase has been modeled with 5 sublattices. In the last chapter, we propose an extrapolation method based on NACEF which allows to obtain an estimate of the energies of the ordered configurations of a multi-constituted phase from those of the binary configurations. The results obtained on many systems in the case of the C14 and σ phases indicate a strong correlation between the extrapolated values and those obtained by DFT
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Juganaru, Mihaela. "Equilibrage et régulation de charge dans les machines parallèles à mémoire distribuée." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00822691.
Full textAbstract:
La résolution du problème d'allocation de charge représente un enjeu important dans l'exploitation des machines parallèles. Nous faisons d'abord une étude bibliographique de ce problème dans le cadre des architectures à mémoire distribuée en mettant l'accent sur l'allocation dynamique, plus précisément sur l'équilibrage et la régulation de charges régulières. Une stratégie originale de régulation basée sur un calcul de préfixe généralisé est proposée. Elle s'avère à la fois correcte, exacte et indépendante du réseau d'interconnexion de processeurs. Un noyau de régulation de charge basé sur cette stratégie est développé. Nous poursuivons ensuite avec une analyse de son temps total d'exécution. Nous trouvons qu'une loi de probabilité de Gumbel modélise le temps maximal d'exécution. A partir de ce résultat nous inférons des politiques d'initiation et de décision pour la mise en oeuvre de là stratégie proposée. L'algorithme de régulation ainsi obtenu est donc efficace. Une application de simulation des phénomènes mécaniques, déformation-recristallisation à chaud des agrégats polycristallins, est développée. Pour cette application dynamique nous utilisons le noyau de régulation de charge avec les politiques d'initiation et décision proposés. L'algorithme complet s'avère en pratique correct, stable et efficace.
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Despret, Pierre. "Simulation numérique de la solidification avec réduction de modèle PGD appliquée à la fonderie." Thesis, Compiègne, 2015. http://www.theses.fr/2015COMP2226/document.
Full textAbstract:
La thèse CIFRE s'est déroulée dans un contexte de métallurgie industrielle et de simulation numérique. La modélisation de la solidification, via l'équation de la chaleur et avec des méthodes de réduction de modèle, était un objectif majeur. L'entreprise Montupet, spécialisée dans la fonderie d'aluminium, est le porteur du projet et financeur de la thèse. L'université de Technologie de Compiègne (UTC) a réalisé l'accompagnement académique. La méthode PGD “Proper General Decomposition”, basée sur une séparation de variables, est l'objet de nombreuses recherches. Nous avons proposé, concernant des propriétés matériaux non-linéaires, une discrétisation spatio-temporelle des matrices matériaux. Avec une formulation en température, sans chaleur latente, les gains sont élevés. L'introduction de la chaleur latente réduit fortement les gains. Nous formulons l'hypothèse que la difficulté de convergence de la méthode PGD dans le cas de la solidification repose sur une formulation en température inadaptée. Nous décidons d'opter une formulation en enthalpie. Il s'avère que cette formulation offre des perspectives encourageantes, mais nécessite encore beaucoup de développements. En parallèle de ces développements, un séjour de 5 mois aux États-Unis a été réalisé afin d'obtenir une meilleure caractérisation de la fraction solide. La recherche s'est portée sur l'évolution de la fraction solide en fonction de la vitesse de refroidissement. Sous réserve de mesures complémentaires, les essais ont mis en évidence une modification de la courbe de fraction solide en fonction de la vitesse de refroidissement, notamment un agrandissement de l'intervalle de solidificationThe PhD Thesis was carried out in a metallurgy and numerical simulation environment. The main topic was to model solidification, thought heat equation formulation and reduced order model PGD resolution. Montupet, specialized in aluminium alloys foundry hold and financed the project, the Université de Technologie de Compiègne did the acadernic supervising. The PGD method "Proper General Decomposition" is a hot topic based on variable separation. We proposed, regarding the non-linear materials, a space-time discretization of material matrix. With a temperature formulation, without latent heat, gains are high. With latent heat, gains fall drastically. We proposed the hypothesis that temperature could be an inadapted formulation. We decided to use the enthalpy formulation. This formulation offers good perspectives but needs more developments. During the thesis, five months were spent in the USA to get a better caracterisation of the solid fraction, particularly its variation in function of the cooling rate. Under reservation, the samples show a modification of solid fraction curves and particularly a change of solidification interval in function of cooling rate
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Vaugeois, Antoine. "Modélisation de l'influence de la structure des joints de grains sur les phénomènes de ségrégation." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR096/document.
Full textAbstract:
La présente étude porte sur la modélisation de la structure des joints de grains (JG) et sur les phénomènes de ségrégation. Dans les matériaux polycristallins, la ségrégation aux joints de grains a des conséquences importantes sur leurs propriétés structurelles et fonctionnelles : glissement intergranulaire, corrosion intergranulaire et modification des propriétés mécaniques. Ce phénomène devient particulièrement important pour les matériaux irradiés où la ségrégation intergranulaire induite par irradiation peut conduire à une modification locale de la composition des joints de grains et par conséquent, à une évolution parfois néfaste des propriétés macroscopiques de ces matériaux. Dans ce manuscrit, nous nous sommes focalisés sur le développement de la méthode des quasiparticules pour pouvoir modéliser ce phénomène dans des systèmes binaires. La méthode des quasi-particules est un modèle continu qui permet de modéliser les phénomènes physiques à l’échelle atomique. Un des avantages est lié à la possibilité de modéliser les déplacements des atomes dans l’espace continu, tout en permettant de modéliser des transitions diffusives s’étalant sur des temps longs. Dans ce travail la méthode des quasi-particules a été appliquée pour étudier la ségrégation du phosphore aux JG. Le lien entre les différentes structures des JG et la concentration du phosphore aux JG a été établi. Pour modéliser les phénomènes qui ont lieu aux JG dans les matériaux irradiés le modèle des quasi-particules a été développé pour pouvoir inclure des lacunes ou des auto-interstitiels puis décrire leurs cinétiques. Ensuite la diffusion et l’annihilation des lacunes (ou des auto-interstitiels) aux JG ont été modélisées. Il a été montré que lorsque la force de puits du JG est assez importante, les lacunes diffusent vers les JG et des cavités se forment aux JG en ayant une forme allongée, ce qui concorde avec les données expérimentales. Le modèle des quasi-particules a été également appliqué pour étudier la croissance des grains dans un polycristalThis thesis focuses on the modeling of grain boundaries (GB) structure and segregation phenomena. Segregation at GB in polycrystalline materials can have profound consequences on structural and functional properties : intergranular slipping, intergranular corrosion and mechanical properties. Segregation becomes really important in irradiated materials where radiation-induced segregation can change th local composition of GB and sometimes impact the macroscopic properties of materials. In this work, the quasi-particles approach is developed to model these phenomena in binary systems. The quasi-particles approach is a continuous model able to model physical phenomena at atomic scale. One of the insight of this model is the capability to simulate atomic displacement in continuum space and diffusive transitions at mesoscale. In this work, the quasi-particles approach is used to study phosphorus segregation at GB. The link between GB structure and phosphorus concentration is highlighted. Next, vacancies or self-interstitial are introduced into the quasi-particles approach to model some specific phenomena which occur in irradiated materials. In particular, the diffusion and annihilation of vacancies (or self-interstitials) at GB could be modeled. When sink strength of GB is large enough, vacancies diffuse to GB and create voids with elongated shape, consistantly with experimental observation. Finally, the quasi-particles approach is used to study grain growth in polycrystalline materials
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Baccar, El Boubkari Fedia. "Évaluation des mécanismes de défaillance et de la fiabilité d’une nouvelle terminaison haute tension : approche expérimentale et modélisation associée." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0266/document.
Full textAbstract:
Ces travaux s’intègrent dans le projet de recherche SUPERSWITCH dans lequel des solutions alternatives à l’IGBT, utilisées dans les convertisseurs de puissance dans la gamme des tenues en tension 600-1200 V, sont envisagées. Les nouvelles structures du transistor MOS basées sur le principe de Super-Jonction tel que le transistor DT-SJMOSFET et sa terminaison originale, la « Deep Trench Termination » se propose comme alternative aux IGBT. Dans ce contexte, cette thèse se focalise sur la caractérisation de la robustesse de la terminaison DT2 adapté à une diode plane. Après avoir effectué un état de l’art sur les composants de puissances à semi-conducteur unidirectionnels en tension, les terminaisons des composants de puissance et la fiabilité des modules de puissance, un véhicule de test a été conçu en vue de réaliser les différents essais de vieillissement accéléré et suivi électrique. La fiabilité de la terminaison DT2 a été évaluée par des essais expérimentaux et des simulations numériques, dont une méthodologie innovante a été proposée. Au final de nouvelles structures ont été proposées pour limiter les problèmes de délaminage et de charges aux interfaces mis en avant dans notre étudeThis work is a part of the research project SUPERSWITCH in which alternatives solutions to the IGBT, are investigated. This solution was used IGBT in power converters in the 600-1200 V breakdown voltage range. The new MOSFET structures based on the super-junction, such as the DT-SJMOSFET and its "Deep Trench Termination", is proposed as an alternative to IGBT. In this context, this thesis focuses on the robustness characterization of the DT2 termination adapted to a planar diode. After a state of the art on unidirectional voltage power components, the power components termination, and power modules reliability, a test vehicle has been designed in order to carry out different accelerated ageing tests and electrical monitoring. The reliability of DT2 termination was evaluated by experimental tests and numerical simulations. An innovative modeling methodology has been proposed. Finally, new structures have been proposed to limit the delamination failure mechanisms and interface charges problems highlighted in this thesis
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Hugo, Mathilde. "Contribution à la modélisation du procédé de refusion sous laitier éléctroconducteur." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0091.
Full textAbstract:
Le procédé de refusion sous laitier électroconducteur (ESR =Electro Slag Remelting) permet de produire des alliages à haute valeur ajoutée utilisés pour des applications critiques. Les mesures in-situ sur les fours industriels étant coûteuses, la simulation numérique est essentielle à la maitrise et à la compréhension de ce procédé complexe. L’Institut Jean Lamour a développé depuis plusieurs années un modèle 2D axisymétrique qui permet de simuler la refusion d’une électrode consommable au sein d’une lingotière considérée comme totalement isolée électriquement du reste du système. Sont alors décrit en régime transitoire les transferts couplés de chaleur et de quantité de mouvement, ainsi que le passage du courant électrique dans le laitier et le lingot lors de la croissance et de la solidification de ce dernier. Les connaissances acquises au cours des dernières années sur le procédé ESR remettent en cause l’hypothèse d’isolation électrique du moule au cours de la refusion. L’objet de cette thèse est d’intégrer et d’étudier la possibilité de passage de courant entre le laitier et la lingotière au cours de la refusion. Un premier modèle a été développé. Il consiste en un calcul électromagnétique complet dans l'ensemble du système pour une géométrie simplifiée. Il a permis de simplifier la mise au point du modèle global, tout en fournissant de premiers résultats. Par la suite, un modèle totalement couplé a été finalisé puis les modifications du code ont fait l’objet de validations avec des mesures expérimentales. Des études de sensibilité ont été menées pour tester l’influence des propriétés du laitier et des paramètres opératoires sur la qualité du lingot finalThe ElectroSlag Remelting process (ESR) is widely used to produce high added value alloys for critical applications (aerospace industry, nuclear plants, etc.). Trial-and-error based approaches being expensive, numerical simulation is fundamental to improve the knowledge and the understanding of this complex process. The Institut Jean Lamour has been developing for several years a numerical code to simulate the melting of a consumable electrode, supposedly perfectly cylindrical, within a mold assumed to be perfectly electrically insulated from the electrode-slag-ingot system. Based on these assumptions, the 2-D axisymmetrical transient-state numerical model accounts for electromagnetic phenomena and coupled heat and momentum transfers, to simulate the continuous growth of the electroslag remelted ingot and the solidification of the metal and slag. Recent studies on the ESR process are challenging the insulated mold hypothesis. Therefore, the main objective of the thesis is to acknowledge and study the existence of a mold current during an ESR remelting. A first model has been set-up, aimed to simulate the electromagnetic phenomena in the whole system for a simplified geometry. The possibility of the existence of such a mold current was confirmed. Based on this work, a fully-coupled model has then been developed and the results have been compared with experimental data to check the validity of the modifications. The influence of slag properties and operating parameters on the final quality of the ingot has been tested