Conception d’alliages par optimisation combinatoire multiobjectifs : thermodynamique prédictive, fouille de données, algorithmes génétiques et analyse décisionnelle

Ce travail a pour objet le développement d’un système combinant un algorithme génétique d’optimisation multiobjectifs avec des outils de thermodynamique prédictive de type calphad (calcul des diagrammes de phases) et de fouille de données permettant l’estimation des propriétés thermochimiques et thermomécaniques d’alliages multicomposants. L’intégration de ces techniques permet l’optimisation quasi-autonome de la composition d’alliages complexes vis-à-vis de plusieurs critères antagonistes telles les résistances mécaniques et chimiques, la stabilité microstructurelle à haute température et le coût. La méthode est complétée d’une technique d’analyse décisionnelle multicritères pour assister la sélection d’alliages. L’approche est illustrée par l’optimisation de la chimie de deux familles d’alliages multicomposants. Le premier cas d’étude porte sur les superalliages à base de nickel polycristallins corroyés renforcés par précipitation de la phase 0 destinés à la fabrication de disques de turbines dans l’aéronautique ou de tuyauteries de centrales thermiques. L’optimisation résulte en la conception d’alliages moins onéreux et prédits plus résistants que l’Inconel 740H et le Haynes 282, deux superalliages de dernière génération. Le second cas d’étude concerne les alliages dits « à forte entropie » dont la métallurgie singulière est emblématique des problèmes combinatoires. À l’issue de l’optimisation, quelques alliages à forte entropie ont été sélectionnés et fabriqués ; leur caractérisation expérimentale préliminaire met en évidence des propriétés attrayantes tel un ratio dureté sur masse volumique inédit.