Mécanique

ISMME - Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

MAUREL Vincent

MONCEAU Daniel

Centre des Matériaux

12/05/2025

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L'un des principaux enjeux du motoriste Safran est d'améliorer le rendement des turbomachines en augmentant leur température de fonctionnement et la durée de vie des parties chaudes (distributeurs et aubes de turbine haute pression) des moteurs aéronautiques, ce qui nécessite le développement global d'un nouveau système monocristallin (alliage, revêtement interne, sous-couche de liaison et barrière thermique) et la mise au point des circuits de refroidissement de plus en plus complexes. En fonctionnement les parties les plus chaudes des turbomachines sont soumises à des phénomènes de dégradation d'ordre chimique (oxydation et/ou corrosion à chaud), mais également mécaniques (fatigue, fluage, etc). En raison de l'environnement de fonctionnement (température, atmosphère), les pièces sont protégées par des revêtements protecteurs compatibles avec les nouveaux superalliages riches en rhénium et à adhérence renforcée avec les nouvelles barrières thermiques déposée par SPS ou/et EB-PVD et une barrière thermique en particulier les aubages de turbine haute pression. Les revêtements protecteurs appliqués jouent un rôle de barrière à l'oxydation et à la corrosion haute température. L'efficacité de ces revêtements dépend de leur composition chimique d'une part ainsi que de la température et de l'environnement rencontrés en service par les pièces d'autre part. Cette dernière peut varier sur une même pièce en fonction de sa géométrie (plateforme, veine, etc).
D'un point de vue de la durabilité des pièces, on arrive désormais au-delà de la limite d'usage des solutions employées pour les matériaux des aubes mobiles haute pression qui voient des températures de gaz supérieures à la température de fusion de l'alliage constituant ces composants. C'est pourquoi des systèmes combinant refroidissement par air et protection de surface par une barrière thermique sont nécessaires. Ainsi, on protège le substrat des très hautes températures et on limite oxydation. Toutefois, les températures visées sont tellement élevées, y compris pour les systèmes de refroidissement interne à l'aube, qu'il convient d'utiliser des revêtements optimisés pour ces conditions. On devra dès lors étudier des revêtements optimisés pour la surface de l'aube et pour les canaux internes à l'aube. Ces travaux font suite à plusieurs thèses de doctorat en collaboration ou non avec Safran dans lesquels des revêtements de type y-y' ont été étudiés [Boidot, 2010 ; Selezneff, 2011 ; Audigié, 2018; Jbara, 2024; Radi, 2025].

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D'une part, on cherchera au travers d'essais spécifiques et de complexité croissante à se rapprocher des conditions d'usage [Jbara, 2024]. D'autre part, on utilisera ces essais pour analyser les mécanismes de couplage entre oxydation/diffusion/changement de phase et sollicitation mécanique complexe. C'est en particulier le cas des revêtements y-y' overlay, pour lesquels on cherchera à évaluer les effets d'évolution de microstructure du revêtement et du superalliage. Une particularité des revêtements y-y' diffusés est leur sensibilité à la formation de pores de Kirkendall [Audigié, 2025]. La diffusion de lacunes qui conduit à cette porosité sera donc un des thèmes centraux de cette étude pour de l'oxydation cyclique et de la fatigue thermo-mécanique. L‘objectif est de parvenir à analyser des mécanismes de couplage oxydation/diffusion lacunaire/chargement mécanique tout en tenant compte de la viscoplasticité des matériaux étudiés.
Les travaux seront réalisés en partenariat avec SAFRAN en s'appuyant sur un dispositif CIFRE, et en associant le Centre des Matériaux, Mines Paris – Université PSL, et le CIRIMAT, ENSIACET INPT.

Directeur de thèse: Vincent MAUREL
Co-Directeur de Thèse: Daniel MONCEAU
Co-encadrant: Mathias LAMARI
Co-encadrant externe: Aurélien JOULIA

Profil type pour une thèse à MINES ParisTech: Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) :




Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
• un curriculum vitae détaillé
• une copie de la carte d'identité ou passeport
• une lettre de motivation/projet personnel
• des relevés de notes L3, M1, M2
• 2 lettres de recommandation
• les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
• une attestation de niveau d'anglais

Typical profile for a thesis at MINES ParisTech: Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.

Prerequisite (specific skills for this thesis):




Applicants should supply the following :
• a detailed resume
• a copy of the identity card or passport
• a covering letter explaining the applicant's motivation for the position
• detailed exam results
• two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
• to provide an appreciation of the candidate
• Your notes of M1, M2
• level of English equivalent TOEIC
to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

La thèse s'effectuera sous la co-direction de Daniel Monceau (CIRIMAT) et Vincent Maurel (CDM), et sera coencadrée par Mathias Lamari (CDM), Aurélien Joulia et Amar Saboundji (SAFRAN).
Une première partie de la thèse aura lieu au CIRIMAT, situé à Toulouse, puis au CDM, situé à Versailles Satory. Des déplacements réguliers au sein de SAFRAN sont à prévoir (sites de Gennevilliers et Villaroche, en Île de France).

L'objet de cette thèse est de qualifier le comportement en termes d'évolution de microstructure et durée de vie en fatigue et on oxydation des systèmes « superalliages protégés par des revêtements dits y-y' », qui limitent le phénomène de « rumpling » et de « secondary reaction zone » (SRZ) observés avec les revêtements -NiPtAl et -NiAl dont la composition est optimisée pour limiter les flux d'interdiffusion avec le substrat. Les revêtements externes seront obtenus par le procédé PVD (y-y' Overlay). Les revêtements internes seront obtenus par CVD (y-y' diffusé). Le superalliage cible est un alliage riche en rhénium, de référence AM21 [Saboundji, 2020].

Audigié, P., Put, A. R. V., Malié, A., & Monceau, D. (2018). High-temperature cyclic oxidation behaviour of Pt-rich γ-γ'coatings. Part I: Oxidation kinetics of coated AM1 systems after very long-term exposure at 1100 C. Corrosion Science, 144, 127-135.
Audigié, P., Put, A. V., Malard, B., Malié, A., & Monceau, D. (2025). Analysis of Void Formation in Pt-rich γ-γ'Bond-Coatings for TBC System Application. Corrosion Science, 112785.
Boidot, Mathieu, et al. 'Proto-TGO formation in TBC systems fabricated by spark plasma sintering.' Surface and Coatings Technology 205.5 (2010): 1245-1249.
Jbara, Wajih, et al. 'Effect of Free Surface, Oxide, and Coating Layers on Rafting in γ-γ′ Superalloys.' International Symposium on Superalloys. Cham: Springer Nature Switzerland, 2024.
Radi, Niama, et al. 'In situ and ex situ characterization of microstructure evolution of a γ-γ'coating on CMSX-4 Plus superalloy during thermal cycling: Insights into Pt diffusion and phase transformations.' Journal of Alloys and Compounds 1010 (2025): 177871.
Saboundji, Amar, et al. Development of a New Coating Compatible with Third-Generation Nickel-Based Superalloys and Thermal Barrier Coatings “International Symposium on Superalloys, 2020.
Selezneff, Serge, et al. 'Thermal cycling behavior of EBPVD TBC systems deposited on doped Pt-rich γ–γ′ bond coatings made by Spark Plasma Sintering (SPS).' Surface and Coatings Technology 206.7 (2011): 1558-1565.

CIFRE ANRT

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