Simulation de propagation d'ondes ultrasonores dans les matériaux polycristallins

L'industrie métallurgique occupe une place importante dans de nombreux secteurs stratégiques, en particulier dans des domaines de haute exigence tels que le nucléaire, l'aéronautique et la défense. Le contrôle par ultrasons y est couramment utilisé afin de garantir la qualité des composants métalliques forgés. Toutefois, les praticiens sont souvent confrontés à des difficultés, notamment en raison de la pollution du signal causée par les réflexions parasites des ondes ultrasonores sur la microstructure polycristalline des matériaux métalliques. Dans ce contexte, un outil de simulationnumérique haute-fidélité permettrait de caractériser avec précision le comportement des ondes ultrasonores lors de leur propagation dans les polycristaux, et de mieux interpréter les signaux reçus.Par ailleurs, des techniques avancées, telles que le contrôle ultrasonore par laser pour le suivi in situ des microstructures lors de procédés à chaud, sont en cours de développement. Le couplage entre les outils numériques de simulation des évolutions de microstructures à l'œuvre lors de procédés de mise en forme et ceux dédiés à la propagation des ondes ultrasonores constitue une approche prometteuse. C'est dans cette optique que ce travail s'est inscrit, pour développer un outil de simulation haute-fidélité polyvalent en nous appuyant sur l'état de l'art et en suivant trois étapes :1. la définition d'un modèle représentant la propagation des ondes ultrasonores dans les matériaux polycristallins éventuellement multiphasés,2. le développement d'un schéma numérique adapté pour résoudre ce modèle,3. et la validation du modèle obtenu.À cette fin, nous nous sommes appuyés sur les équations de propagation des ondes issues de l'élastodynamique d'ordre 1 en vitesse-contrainte. Ce modèle est résolu à l'aide d'un schéma numérique de type Galerkin discontinu en espace, couplé à des intégrateurs temporels explicites de type Saute-Mouton et Runge-Kutta. Enfin, les performances et les caractéristiques de l'environnement de simulation ainsi conçu ont été évaluées à travers des cas académiques, avant d'être appliquées à des microstructures polycristallines numériques, reproduisant des configurations proches de celles rencontrées en contrôle ultrasonore expérimental.