MINES LA REVUE DES INGÉNIEURS #515 - Mars 2022 - 49

TÉMOIGNAGE DE TIPHAINE HOUDARD
(DOCT P19)
ELISABETH MASSONI
directeur du CEMEF
TIPHAINE HOUDARD
(DOCT. P19)
post-doctorante au CEMEF
LA SOLIDIFICATION DE CÉRAMIQUES RÉFRACTAIRES ÉLECTRO-FONDUES
EN ALUMINE-ZIRCONE-SILICE
LA FORMATION ET LA RECHERCHE AU CEMEF
L'activité de formation à et par la recherche est un axe fort
du centre. Le CEMEF a formé depuis ses débuts plus de
500 doctorants. Actuellement deux spécialités doctorales
leur sont proposées : " Mécanique Numérique et Matériaux "
et " Mathématiques Numériques, Calcul Intensif et
Données " . Le CEMEF a également développé une offre
de formation en Mastère Spécialisé et ce sont plusieurs
centaines d'étudiants qui sont passés par ce cursus
post-gradué.
Aujourd'hui l'offre se décline en deux parcours distincts :
" Digital Materials and Advanced Processes Modelling " et
" High Performance Computing and Artificial Intelligence "
dont l'objectif est d'être au plus près des besoins de compétences
des entreprises. Les liens du CEMEF avec le
milieu industriel ont toujours été très forts. Sa vocation est
d'être au service des problématiques et développements
de l'industrie. Ces recherches se font dans le cadre de
contrats directs, de projets collaboratifs français et européens,
ainsi que de chaires industrielles. Le CEMEF est
ainsi partie prenante du développement industriel de
technologie de pointe et intervient auprès d'AIRBUS pour
le développement de l'avion Zéro Émission. Cinq chaires
industrielles ont été initiées et pilotées par des chercheurs
du CEMEF, quatre financées dans le cadre de l'appel
" chaires industrielles " de l'Agence Nationale de la
Recherche (ANR). Actuellement, il y a deux chaires industrielles
actives cofinancées par l'ANR, Topaze - avec
SAFRAN et l'Institut P' - et Infinity, qui regroupe douze
partenaires industriels. 
Quel a été le sujet de ta thèse ?
Ma thèse porte sur la prédiction de défauts formés dans des blocs en céramiques
produits par Saint-Gobain SEFPRO par électro-fusion, c'est-à-dire par un procédé
de fonderie. Les céramiques étudiées couvrent la partie inférieure de la paroi latérale
des fours verriers (en orange sur l'illustration du four verrier). Il existe des logiciels
de simulation pour prédire la formation de défauts de fonderie tels que les
criques à chaud (fissures), la retassure de la masselotte (porosité dans la partie
supérieure des blocs coulés) ou encore les variations de composition chimique
(macro-ségrégation). Mais ces logiciels sont développés pour des produits métallurgiques.
L'objectif de la thèse est d'adapter aux céramiques le logiciel THERCAST®,
commercialisé par TRANSVALOR, et de comparer les simulations aux données
expérimentales obtenues sur produits industriels.
Quels résultats as-tu obtenus ?
La première partie de ma thèse a été de retrouver les évolutions de températures
mesurées par simulation numérique. J'ai ensuite réalisé des observations au microscope
électronique à balayage pour caractériser les criques à chaud (en noir sur
l'image de la photo 2) qui peuvent se produire sur les angles des blocs coulés. L'optimisation
des paramètres thermiques et mécaniques a permis de retrouver par
simulation les conclusions empiriques sur leurs formations. Une fois les résultats
mécaniques validés, je me suis intéressée à la macro-ségrégation. Pour la caractériser,
j'ai effectué une cartographie chimique à l'échelle du bloc. Les simulations ont
alors porté sur la mécanique des fluides et le transport des espèces chimiques lors
de la solidification des blocs. J'ai alors extrait des bases de données thermodynamiques
la masse volumique de chacune des phases selon la température et la composition
chimique globale du système. J'ai alors pu coupler les tabulations avec les
simulations pour prédire la macro-ségrégation dans tout le bloc et son impact sur
la forme de la retassure dans la masselotte.
Quels sont les acteurs concernés par ces résultats ?
La finalité de ces simulations est de permettre à Saint-Gobain d'avoir accès, via
l'histoire du refroidissement, à la prédiction de défauts et de macroporosités. Il sera
alors possible pour les équipes industrielles d'évaluer numériquement l'impact d'une
optimisation du procédé ou d'un changement de composition sur la qualité finale
du réfractaire. À long terme, cela évitera une stratégie d'essais-erreurs par coulées
de blocs électro-fondus, réduisant ainsi les pertes de matières premières, rentabilisant
davantage l'énergie utilisée pour le procédé d'électro-fusion, augmentant la
qualité et la durée de vie des blocs. 
Représentation
schématique d'un four
verrier montrant les
surfaces couvertes de
céramiques produites par
électro-fusion.
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#515_MARS_2022

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