Doctorat en modélisation multi-échelle de la recristallisation dynamique F/H - Campus de Metz

Le laminage à chaud des produits longs impose des chemins thermomécaniques complexes qui contrôlent directement l’évolution de la microstructure. Dans les premières cages du dégrossisseur, les fortes déformations entraînent une augmentation de la densité de dislocations et de l’énergie stockée. Elles favorisent également les phénomènes de recristallisation qui se développent pendant et entre les passes et qui déterminent en grande partie la taille de grain, la texture et, à terme, les propriétés du produit laminé.
L’objectif de cette thèse est de développer un cadre de simulation multi-échelle, fondé sur la physique des mécanismes de déformation et de recristallisation, afin de relier la réponse mécanique à l’échelle cristalline à l’évolution de la microstructure. Les recristallisations statique (SRX), dynamique (DRX) et post-dynamique (PDRX) seront considérées. La démarche reposera sur un modèle de plasticité cristalline par éléments finis enrichi par une description de l’évolution des densités de dislocations (DD-CPFEM), couplé à un automate cellulaire pour décrire la germination et la croissance des grains recristallisés ainsi que l’évolution des orientations cristallographiques.
Un enjeu majeur de la thèse sera d’assurer un couplage numérique robuste entre la simulation mécanique et l’évolution microstructurale. Il s’agira notamment de définir des méthodes fiables de transfert des champs et des variables d’état entre les deux descriptions, tout en préservant la cohérence des orientations cristallographiques et la stabilité des calculs. Des outils d’intelligence artificielle seront utilisés de manière ciblée pour identifier certains paramètres difficiles à déterminer expérimentalement, analyser leur sensibilité et leurs incertitudes et, lorsque cela sera pertinent, construire des modèles réduits permettant d’accélérer les simulations.
Les développements seront progressivement confrontés à des cas thermomécaniques représentatifs du laminage à chaud. L’objectif à terme est de disposer d’un outil prédictif capable de relier les conditions de laminage à l’évolution de la microstructure et pouvant contribuer au développement d’approches de type jumeau numérique pour les besoins de R&D d’ArcelorMittal Research.

Travail de thèse
Le travail sera mené de manière progressive, depuis des cas de référence permettant de vérifier séparément les différentes briques du modèle jusqu’à des chemins thermomécaniques représentatifs du laminage à chaud. Il s’organisera autour des axes suivants :

1. État de l’art et définition des cas de référence
   Une première étape sera consacrée à l’analyse des mécanismes de recristallisation statique, dynamique et post-dynamique, en particulier au rôle de la densité de dislocations, de l’énergie stockée, de la restauration, de la germination et de la migration des joints de grains. Cette étude couvrira également les modèles de plasticité cristalline fondés sur les dislocations, le

Depuis sa création en 1780, l’Ecole Nationale Supérieure Arts et Métiers s’attache à répondre aux défis industriels et aux enjeux sociétaux, en constante évolution.Etablissement public scientifique, culturel et professionnel (EPSCP) sous tutelle unique du ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche, il est composé de huit campus et de trois instituts répartis sur le territoire.Sa première mission : Former des ingénieurs capables de concevoir des produits et systèmes respectueux de l’environnement, mais aussi de contrôler une organisation industrielle en maîtrisant les risques et les coûts. Le poste est rattaché au LEM3 (UMR 7239 - Laboratoire d'Étude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux), sur le campus Arts et Métiers de Metz, au sein de l'axe « Méthodes numériques, instabilités et vibrations » du département MMSV. La thèse s'inscrit dans CaMéX-IA Grand Est - Action 1.6 Formation doctorale, avec un partenariat scientifique et industriel étroit avec ArcelorMittal Research à Maizières-lès-Metz.