Soutenance de thèse de Xavier YAU

Le but de cette thèse est de développer une expertise et des outils numériques permettant la simulation numérique des procédés de soudage par fusion ce qui nécessite la connexion de diverses compétences scientifiques en méthodes numériques, Mécanique des fluides, Physique des plasmas et Chimie des matériaux. Cette thèse aboutira à des applications industrielles, en particulier les soudures d’étanchéité de faible épaisseur, permettant des études approfondies sur les opérations de réparations par soudage au sein du parc nucléaire. Pour ce faire, on étudie les phénomènes physiques présents dans les modèles de bain de fusion et de plasma. Dans un second temps, on implémente une méthode de suivi d’interface afin de reproduire un écoulement en surface libre du bain de fusion permettant de représenter correctement la forme finale du cordon de soudure. Cela permettra en outre de prendre en compte les forces agissant à la surface du bain métallique telles que la pression d’arc et le cisaillement aérodynamique. En complément, on envisage d’implémenter un couplage instationnaire tridimensionnel des modèles de plasma et de bain de fusion afin de reproduire avec plus de précision le transfert thermique entre le plasma d’arc et les pièces à assembler. Ce couplage permettrait de remplacer les conditions aux limites de type "source thermique équivalente" obtenues par recalage par des modèles.

In order to ensure total safety during maintenance operations within nuclear power plants, it is mandatory to preserve the optimal quality of the internal weld beads. The purpose of this PhD thesis is to use Computational Magnetohydrodynamics to simulate adjacent phenomena within the plasma and the weld pool to order to improve the knowledge of welding operating process. In order to take into account the phenomena taking place at the plasma/weld pool interface such as the Marangoni effect, the arc pressure, the aerodynamical shear stress and the gravity, a novel Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) model for Finite Volume methods is used to improve welding process simulation in a vertical configuration. Moreover, one of the difficulties is to take into account the effects induced by the thermal gradient and the variations of surfactant element concentrations on the weld pool surface known as the Marangoni effect. A three-dimensional coupling is expected to overcome the gaussian thermal boundary condition by modeling the transfers of the plasma temperature and the electromagnetic forces through the weld pool surface.