Développement de nouvelles approches pour la réparation d’outils de coupe destinés au béton.

Contexte et objectifs :

Les fabricants d’outils de coupe investissent significativement dans la recherche et le développement afin d’adapter leurs produits aux exigences de différents secteurs, notamment celui du béton, tout en maîtrisant leur « empreinte matières » dans une logique d’économie circulaire. Les besoins d’une plus grande précision, de temps de cycle réduits, et de qualité de perçage sont les principales améliorations recherchées, avec une contrainte de réparabilité permettant de limiter l’impact environnemental. Dans cette perspective, le Laboratoire Commun NARCA souhaite répondre à un ensemble de besoins techniques, scientifiques et industriels autour de la problématique de la réparation d’outils de coupe basée sur des procédés innovants. Le laboratoire ICB et l’entreprise DIAGER mettront en commun leurs connaissances et savoir-faire en s’appuyant sur l’expertise du laboratoire ICB en matériaux et procédés ainsi qu’en durabilité des matériaux, et celle de DIAGER dans le développement et la fabrication d’outils de coupe à haute valeur ajoutée. Ce Labcom se concrétisera par la mise en place de procédés éprouvés pour la réparation des outils de coupe (forets) commercialisés par l’entreprise DIAGER. Ces procédés s’appuieront sur des techniques avancées de métallurgie des poudres, combinées à de moyens de modélisation et à des de tests de contrôle robuste. Des solutions basées sur l’Intelligence Artificielle (IA) et l’Internet des Objets (IoT) viendront soutenir le développement de ces procédés. Elles permettront d’apporter une aide à la décision en facilitant le choix du couple matériau/procédé le plus adapté en fonction des caractéristiques spécifiques à chaque foret à réparer.

Travaux de recherche doctorale :

Le travail de thèse porte sur la mise au point de procédés de réparation destinés aux gammes d’outils de coupe dédiés au secteur du béton. Un verrou important relève de la nature des matériaux concernés par la réparation : acier sur acier (queue et tête des pics et burins et queue de forets) ou acier/WC-Co sur acier (tête WC-Co des forets). L’objectif

sera de proposer, à terme, une solution industrialisable intégrant toutes les précautions nécessaires à la fabrication d’un foret reconditionné. Le travail de thèse est organisé en deux volets principaux :

V1 : Etude comparative de différents procédés de rechargement

Ce volet permettra d’identifier le ou les procédés de rechargement susceptibles de répondre aux contraintes relatives au type de réparation acier sur acier. L’analyse comparative portera sur les procédés PTA (Plasma Transferred Arc), CS (Cold Spraying) et WAAM/WLAM (Wire Arc/Laser Additive Manufacturing). S’ajoutera la nécessité pour l’industriel de maitriser les coûts et de diminuer l’impact environnemental. Le recours aux procédés basés sur l’utilisation de poudres offre la possibilité de tirer profit des rebuts de fabrication. Le département PMDM (Procédés Métallurgiques, Durabilité, Matériaux) du laboratoire ICB dispose d’une installation d’atomisation qui permet une revalorisation de ces rebuts afin de les transformer en poudre destinée aux procédés de réparation par projection thermique utilisés lors de cette thèse.

V2 : Optimisation d’assemblage acier/carbure

Le travail de reconditionnement des outils implique aussi une optimisation d’un procédé d’assemblage acier/carbure déployé cher DIAGER, dont le principal verrou est imputable aux problématiques de formation d’interfaces chimiquement complexes. Ce volet vise alors à comprendre et maîtriser les phénomènes interfaciaux qui prévalent (diffusion élémentaire, précipitation d’oxydes/carbures/secondes phases …) lors de la réparation des têtes de forets (WC-Co/acier). Ce volet fera l’objet d’une attention particulière dans le cadre de cette thèse.

Le laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Unité Mixte de Recherche CNRS / UBE / UTBM compte 300 physiciens, chimistes, ingénieurs et techniciens implantés en Bourgogne-Franche-Comté, sur les sites de Dijon, Le Creusot, Chalon-sur-Saône et Belfort (Sévenans).
Ils y développent de nouvelles fonctionnalités en optique et pour les matériaux du futur, à destination d’applications dans l’industrie (photonique, métallurgie, industrie 4.0,…), la médecine, les communications optiques à haut débit, le traitement de l’information à une échelle nanométrique, l’énergie et les technologies quantiques.

Soutenus par 5 plateformes technologiques, l’unité s’articule autour de 6 départements de recherche :

– CO2M (Conception, Optimisation et Conception en Mécanique),
– ICQ (Interactions et Contrôle Quantiques),
– Interfaces,
– Nanosciences,
– Photonique,
– PMDM (Procédés Métallurgiques, Durabilité, Matériaux).

Niveau M2 requis (master ou école d’ingénieur). Connaissances en chimie et physique des matériaux, métallurgie, thermodynamique de métaux et alliages. Bon esprit d’adaptation et capacité de communication (écrite et orale).

Lieu de la thèse : laboratoire ICB site de Dijon. Des déplacements seront à prévoir sur les sites du Creusot et de Sevenans, ainsi que chez la société DIAGER installée à Poligny (partenaire industriel).