Thèse Relations Microstructures - Propriétés dans un Alliage de Titane à Transformation de Phase Sous Contrainte Élaboré par Fusion Laser sur Lit de Poudre H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse
Laboratoire de recherche : CEMES - Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales
Direction de la thèse : Hugo SCHAAL ORCID 0000000289505915
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

Les alliages de titane à transformation de phase sous contrainte présentent des propriétés mécaniques intéressantes pour des milieux industriels exigeants, comme l'aéronautique (systèmes d'amortisseurs, éléments de structures et de réacteurs) ou encore les dispositifs médicaux (prothèses de hanche, de genou, implants dentaire...). Ces alliages, de la famille des bêta métastables, tirent leurs propriétés d'une instabilité mécanique au sein de la phase bêta, modifiant les mécanismes de déformation plastique de ces alliages métalliques. Là où la plupart des métaux admettent le glissement de dislocations comme vecteur principal de la déformation plastique, les alliages de titane bêta métastables peuvent présenter du maclage ou une transformation de phase solide de type martensitique. Ces alliages peuvent également présenter une combinaison de ces différents mécanismes au cours de la séquence de déformation, rendant le séquençage de celle-ci particulièrement difficile à interpréter. La compréhension de ces phénomènes et de ces séquences présente un intérêt pour le développement des pièces de structures et dispositifs médicaux de demain, pouvant orienter le design et les microstructures de ces éléments industriels afin d'en tirer le meilleur parti. D'un point de vue pratique, la mise en oeuvre de ces alliages implique souvent un traitement thermique de trempe afin de garantir la métastabilité de la phase austénitique (phase bêta) à l'origine de l'instabilité mécanique pouvant déclencher la transformation de phase sous contrainte. Cette étape peut constituer un réel frein dans le développement de prototypes à haut niveau de TRL.
L'étude et le développement de ces alliages admet un regain d'intérêt depuis l'arrivée des méthodes de fabrication additive, impliquant des gradients thermiques importants et des vitesses de refroidissement tout aussi importantes, souvent à l'origine de microstructure hors équilibre. Ces méthodes représentent une opportunité dans l'obtention de pièces « semi-finies » ne nécessitant pas de traitement de trempe.
Au cours de cette étude, des alliages de titane à transformation de phase seront élaborés par voie additive, notamment par fusion laser sur lit de poudre. Les populations de défauts des bruts de fabrication seront caractérisées par microscopie optique et électronique via analyse statistique d'images. Le coeur de cette étude sera l'étude de la microstructure initiale des bruts d'élaborations via diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD), puis de la séquence de déformation dans ces alliages. Celle-ci fera l'objet d'une caractérisation multi échelle via couplage de déformations in situ dans un microscope électronique à balayage avec EBSD, puis d'essais de déformations in situ dans un microscope électronique en transmission (MET). Une attention particulière sera apportée aux aspects cristallographiques régissant ces séquences de déformation.

Dans le cadre de ses recherches sur les mécanismes élémentaires de la plasticité dans les matériaux métalliques, le groupe PPM ('physique de la plasticité et métallurgie') développe ses compétences appliquées aux matériaux issus de la fabrication additive. Ces procédés de fabrication par ajout de matière présentent des microstructures étonnantes, et présentent un réel intérêt pour la fabrication de pièces à forte valeur ajoutée. Le groupe PPM souhaite se positionner durablement sur l'études des relations qui lient les microstructures issues de ces méthodes de fabrication et les propriétés mécaniques qui en découlent.

Idéalement, le candidat doit être titulaire d'un Master en mécanique/physique des matériaux. Des connaissances en méthodes de caractérisation, notamment la microscopie électronique, sont un plus.