Monsieur Liang CHEN / Docteur

Microstructure dendritique colonnaire et transition colonnaire - équiaxe en solidification dirigée d'alliages massifs transparents à partir du bain fondu. Dynamique des phénomènes et rôle de la convection induite par la gravité. Les microstructures de solidification régissent les propriétés des matériaux élaborés dans les procédés industriels. Il faut donc contrôler, sinon adapter, leur développement aux propriétés requises. La solidification dirigée Bridgman et le refroidissement dirigé (power-down) sont adaptés à l'étude des aspects fondamentaux. En métallurgie, on observe le plus souvent une microstructure colonnaire dendritique ou des grains équiaxes, ou un mélange des deux. Les mécanismes de sélection de la microstructure dendritique et ceux de la transition colonnaire – équiaxe (CET : Columnar – Equiaxed Transition) demandent à être encore clarifiés. Une difficulté majeure vient des couplages entre les instabilités morphologiques et la convection, présente sur Terre dans le liquide et qui altère les champs de température et de soluté. Il est donc impératif d'identifier les contributions respectives des divers phénomènes, et leurs interactions. Dans le cadre du projet DECLIC du CNES, un Insert de Solidification Dirigée (DSI) dédié à l'étude d'alliages transparents 3D a été construit pour la Station Spatiale Internationale (ISS). La transparence des matériaux utilisés (alliages à base de succinonitrile) permet l'observation continue in situ et en temps réel par des méthodes optiques (observation directe, interférométrie). En microgravité, ce dispositif servira à établir une base de données de référence (benchmarks) sur la dynamique des phénomènes dans la limite du transport diffusif. L'influence de la convection sur la microstructure de solidification pourra être mise en évidence à partir de la comparaison des expériences effectuées sur Terre avec celles conduites en micro gravité. La comparaison de ces données avec les prédictions théoriques servira à la validation de la modélisation et de la simulation numérique et, en retour, au progrès de la comprehension des méthanique physiques.