L’industrie aérospatiale montre un intérêt croissant pour les outils de modélisation permettant de prédire le comportement de ses produits. Cependant, comme le comportement d’un matériau à l’échelle macroscopique dépend de phénomènes en jeu aux échelles inférieures : microfissures, ruptures, etc., sa modélisation est un processus immensément complexe. Le Pr Martin Lévesque, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en modélisation multi-échelles des matériaux de pointe pour l’aérospatiale, propose de résoudre cette problématique.

Outils de précision pour l’industrie aérospatiale

« À l’heure actuelle, on ne connaît pas encore très bien les relations entre ce qui se joue au niveau des microstructures des matériaux composites et leur comportement mécanique à l’échelle macroscopique, entre autres lorsqu’ils sont soumis à la fatigue ou à l’usure.  D’où l’intérêt pour des outils prédictifs aidant à une meilleure compréhension de ces phénomènes. Les méthodes de simulations numériques du comportement des matériaux dont dispose l’industrie permettent surtout de prévoir les phénomènes à l’échelle macroscopique. Elles ne prennent en compte que de façon très approximative l’influence des phénomènes intervenant au niveau de la microstructure du matériau », fait valoir le Pr Lévesque.

En outre, le maillage d’une pièce complexe avec une précision microscopique générerait des calculs excédant la capacité des calculateurs. L’approche multi-échelles du Pr Lévesque propose de simuler chaque phénomène à l’échelle la plus pertinente et de modéliser les relations permettant de faire des ponts entre ces différentes échelles.

Une connaissance plus fine du comportement des pièces fabriquées à partir de ces matériaux pourrait notamment permettre à l’industrie aérospatiale de réduire l’ampleur de ses très coûteuses campagnes d’essais. Elle aiderait aussi à la conception de pièces plus légères et plus performantes, avec des effets positifs sur la réduction de l’empreinte écologique des appareils,  ce qui, avec la sécurité, est le cheval de bataille de l’industrie. « Pour obtenir des pièces performantes, le meilleur matériau ne suffit pas, il faut aussi savoir quelle conception, ou encore quel procédé de fabrication ou de traitement, serait optimal pour la pièce », souligne le chercheur.

Mieux comprendre les phénomènes produits par le grenaillage

Un des projets du Pr Lévesque est le développement d’une méthode de simulation numérique de la mise en forme par grenaillage : « Ce procédé, couramment utilisé, consiste à projeter des microbilles sur la surface d’une pièce afin d’en améliorer les qualités techniques. L’impact des microbilles crée un effet de contrainte sur la surface, rendant l’objet plus résistant à la fatigue. L’industrie ne sachant pas en mesurer le bénéfice avec des données chiffrées, elle ne le prend pas en compte lors de la conception des pièces. Notre projet vise à comprendre les phénomènes de fatigue au niveau de la surface et à produire un outil de calcul des gains acquis grâce au grenaillage. »

Les projets de l’équipe du Pr Lévesque sur les approches multi-échelles donnent lieu à des collaborations avec de nombreux partenaires industriels, comme Pratt & Whitney, Bell Helicopter, Rolls Royce, Héroux Devtek, Bombardier Aéronautique, L-3 Communications et Airbus.