Etude et développement d'un système de contrôle volumique de la qualité cristalline des aubes de turbines.

Dans l’industrie aéronautique, les aubes de la turbine haute pression sont les pièces les plus critiques des turbopropulseurs. Pour résister aux fortes contraintes thermomécaniques générées par l’environnement de la turbine, les aubes doivent être monocristallines, en superalliage base nickel. L’absence totale de joints de grain, ainsi que l’orientation privilégiée du cristal confèrent aux aubes leur durée de vie maximale en service. L’objectif de cette thèse consiste à développer pour les géométries d’aubes de turbine du futur une nouvelle technique de contrôle non destructif industriel basée sur la diffraction Laue en transmission afin de s’assurer de la qualité cristalline en volume. Pour répondre à la problématique, un montage expérimental mobile a été développé pour réaliser des expériences avec une source de laboratoire. Plusieurs systèmes de rayons X ont ainsi pu être testés au cours de la thèse, notamment un système équipé d’un détecteur à comptage photonique. Le montage comprend: un collimateur à fente motorisée, deux étages de translation et un bloqueur de faisceau. La motorisation des 7 moteurs qui composent le montage a été pensée pour automatiser la prise d’image et favoriser le balayage des pièces devant le faisceau.En parallèle, un modèle physique de simulation de la diffraction dédié a été entièrement développé. Ce modèle reprend les équations de la diffraction Laue en intégrant le fait que le faisceau incident ait une direction quelconque. Il permet de simuler une figure diffraction à partir de la nature du cristal, de la géométrie de l’échantillon et de la configuration géométrique expérimentale. Un algorithme d’indexation directe a également été développé pour dépouiller les images de diffraction expérimentales. La position des taches de diffraction est utilisée pour déterminer l’orientation de la zone du cristal illuminée. Les campagnes expérimentales ont été menées sur différents types d’échantillons : des cristaux d’éléments pur, des échantillons monocristallins ainsi que des échantillons en superalliage contenant des défauts jusqu’aux aubes de turbine complètes. L’influence des paramètres comme les conditions d’illuminations, l’épaisseur et la géométrie des échantillons ont été étudiés.Les résultats ont montré que la technique développée permettait de réaliser des mesures d’orientations en volume de pièces monocristallines, et d’en faire une cartographie par balayage. L’analyse des figures de diffraction permet de révéler la présence éventuelle de grains désorientés et de mesurer la désorientation au travers de la pièce. Enfin, l’analyse détaillée des taches individuelles de diffraction permet de reconstruire la microstructure 3D en cas de présence de sous-joint de grains ou encore de montrer la présence de courbure du réseau cristallin. Un algorithme de quantification du tenseur moyen complet de la courbure du réseau est proposé.