Analyse et modélisation de la rectification du CMC SiC/SiC : caractérisation du procédé et de l'intégrité de surface

Les composites à matrice céramique (CMC) présentent d’excellentes propriétés thermomécaniques à haute température. Leur faible densité en fait des candidats crédibles pour remplacer les alliages métalliques dans les zones chaudes des moteurs d’avions. Toutefois, l’hétérogénéité du CMC, combinée à dureté et à la fragilité des constituants qui le composent, rend l’usinage de ces pièces complexe et coûteux. Le procédé de rectification s’impose comme le procédé d’usinage conventionnel offrant les meilleures performances en termes de durée de vie de l’outil et d’intégrité de surface du matériau. Néanmoins, la complexité des interactions outil-matière rend le procédé difficile à maîtriser. De plus, la dureté élevée des constituants du CMC conduit à une usure accélérée des outils en diamant.Cette thèse vise à améliorer la compréhension, la modélisation et la maîtrise du procédé de rectification appliqué aux CMC. Afin de caractériser finement la géométrie des outils utilisés, une méthodologie de mesure in situ innovante est développée. Ces données alimentent une modélisation numérique avancée des interactions entre les grains et la matière, reposant sur la méthode du Z-buffer, et permettant de déterminer les conditions opératoires optimales. Des mesures d’efforts expérimentales sont corrélées à des modèles d’efforts à différentes échelles.L’analyse des mécanismes d’usure des outils, problématique prépondérante lors de l’usinage des CMC, fait l’objet d’une étude multi-échelle approfondie. Les résultats obtenus sont exploités pour identifier les mécanismes d’usure et déterminer des critères limites d’utilisation. Ensuite, des modèles prédictifs de l’évolution de la topographie des meules en fonction de l’usure sont réalisés. Un premier modèle macroscopique permet de simuler l’usure moyenne de la meule, tandis qu’un second modèle mésoscopique, basé sur des méthodes d’apprentissage automatique, modélise l’usure individuelle des grains.Afin d’étudier les mécanismes d’enlèvement de matière aux échelles mésoscopique et microscopique., une expérimentation d’observation des effets de la rectification, à l’aide d’une caméra rapide, permet une analyse mésoscopique du procédé. Ensuite, des observations d’indentation in situ dans un microscope électronique à balayage (MEB) renforcent la compréhension des phénomènes à l’échelle microscopique. Ces éléments sont complétés par des analyses de microstructures post-usinage, afin d’étudier les effets des conditions de coupe et de l’usure sur l’intégrité de surface.Enfin, afin d’améliorer le contrôle de l’usinage en machine, un montage instrumenté combinant émission acoustique, mesure des efforts, de la topographie de l’outil ainsi que des observations par caméra rapide est mis en place. Il vise à détecter l’apparition d’endommagements, en s’appuyant sur des méthodes d’apprentissage automatique, notamment de détection d’anomalies.L’objectif est d’optimiser le procédé de rectification, tout en préservant l’intégrité de surface du matériau, afin de permettre des gains en durabilité des pièces en CMC et d’améliorer leur rentabilité économique.