Thèse Prédiction des Distorsions Géométriques Lors de l'Emboutissage à Chaud Analyse Expérimentale des Contraintes Résiduelles. H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Technologie de Compiègne École doctorale : Sciences pour l'ingénieur Laboratoire de recherche : Mécanique, énergie et électricité Direction de la thèse : Mohamed RACHIK ORCID 0000000300846877 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-29T23:59:59 L'emboutissage à chaud est un procédé de mise en forme dans lequel une tôle est d'abord chauffée dans un four à une température d'environ 900°C avant d'être transféré vers une presse. Lors de la fermeture de la presse, la tôle est mise en forme à haute température et, grâce à un refroidissement intense (au contact des outils froids), des transformations métallurgiques permettent à la pièce finale de présenter des caractéristiques mécaniques élevées.
Procédé très utilisé dans la fabrication des pièces automobiles, les propriétés mécaniques ainsi obtenues permettent de réduire les épaisseurs. Par conséquent, la quantité de matière utilisée est réduite et les véhicules allégés. In fine, la consommation de carburant et les rejets de CO2 sont réduis. Dans le cadre de la thèse les aciers d'applications sont développés et commercialisés par ArcelorMittal sous les noms type Usibor® et Ductibor®. L'emboutissage à chaud peut être confronté à des distorsions géométriques, inattendue, puisqu'une des motivations des utilisateurs de l'emboutissage à chaud est de produire des pièces à fortes propriétés mécaniques avec un bon contrôle de la géométrie (absence de retour élastique). Ces déformations indésirables surviennent principalement après le formage, lors de la phase de trempe et de refroidissement. Les gradients de température importants et les transformations de phase qui se produisent à l'intérieur du matériau peuvent conduire à la formation de contraintes résiduelles. Ainsi, ces dernières engendrent des distorsions qui compromettent la conformité dimensionnelle des pièces, augmentent les coûts en raison des rebuts ou des post traitements et peuvent poser des problèmes aux emboutisseurs en chaud en vie série. C'est pourquoi la prédiction et le contrôle des distorsions lors de l'emboutissage à chaud sont d'une grande importance. Un contrôle qui passe par une compréhension approfondie des phénomènes thermomécaniques et métallurgiques en jeu. Le développement de l'emboutissage à chaud dans l'industrie automobile répond à un double impératif de conception sécuritaire et d'allègement structurel par le levier de l'utilisation des aciers à ultra haute résistance. Si ce procédé permet d'atteindre des caractéristiques mécaniques exceptionnelles grâce à la trempe dans l'outil, il met en jeu des phénomènes très complexes en couplant les gradients thermiques, les transformations de phases métallurgiques et les déformations mécaniques.
Scientifiquement, le défi réside dans le contrôle de la microstructure lors du processus de formage-trempe et la maîtrise des distorsions géométriques qui apparaissent lors de la phase de refroidissement. Ces distorsions résultent de différents phénomènes parmi lesquels la plasticité de transformation, souvent difficiles à prédire avec les modèles numériques standards. L'enjeu actuel de la recherche est donc de lever les verrous technologiques liés à la précision des simulations en intégrant des lois de comportement sophistiquées, validées par des méthodes de caractérisation avancées comme la diffraction de rayons X (DRX). La finalité est d'établir un modèle prédictif robuste capable de prédire et de contrôler les distorsions. Les travaux envisagés dans le cadre de la thèse visent à améliorer la compréhension des mécanismes à l'origine des distorsions lors de l'emboutissage à chaud avec une attention particulière pour les hétérogénéités et la plasticité de transformation. Cette thèse vise pour cela à améliorer la connaissance des contraintes résiduelles à l'issue du process d'emboutissage à chaud et des mécanismes impliqués dans la génération de ces contraintes, à l'origine de la distorsion (origines process et produit). Un accent important sera ainsi mis au cours de cette thèse sur l'utilisation d'essais, notamment de DRX avec le soutien de l'Institut Jean Lamour, afin d'évaluer les contraintes - apparaissant dans le matériau lors du process d'emboutissage à chaud. Cette thèse s'inscrit dans la suite de la thèse de Xavier Morel [6]. L'objectif ultime est de développer des modèles de hautes fidélités en s'appuyant sur un dialogue essai-calcul et en cherchant le meilleur compromis entre le degré de fidélité, le niveau de complexité et les efforts requis pour l'identification des modèles de comportement. La méthodologie proposée repose sur une approche couplée essai-calcul visant à quantifier l'impact de la plasticité de transformation sur les distorsions des pièces embouties à chaud. Les travaux s'articuleront autour de trois axes :
- Caractérisation métallurgique : Dans un premier temps, des essais de dilatométrie et de caractérisation microstructurale seront menés pour identifier les cinétiques de transformation de phase et la plasticité de transformation des aciers étudiés (Usibor® et Ductibor®). Ces essais permettront de développer et d'alimenter en données un modèle constitutif qui intègre la plasticité de transformation
- Campagnes d'essais d'emboutissage : En parallèle, des essais d'emboutissage à chaud instrumentés permettront de générer des distorsions contrôlées. Ces éprouvettes seront analysées par diffraction de rayons X (DRX), en collaboration avec l'Institut Jean Lamour, afin de cartographier les contraintes résiduelles.
- Simulation et Corrélation : Après implémentation du modèle de plasticité de transformation dans le code Abaqus, l'ensemble des travaux permettront de développer des modèles de simulation numérique de haute fidélité. Le dialogue permanent entre les mesures physiques (géométrie et contraintes) et les résultats de simulation permettra d'ajuster la complexité des modèles de comportement, garantissant ainsi un bon compromis entre la précision des prédictions et l'efficacité de calcul pour la prédiction et le contrôle des distorsions.

Le candidat devra posséder des compétences en mécanique des matériaux, simulation numérique (éléments finis) et métallurgie physique.
- Compétence en métallurgie physique, transformation de phases
- Modélisation et simulation thermomécanique
- Programmation de matériaux utilisateur dans Abaqus