Axe du recherche du projet : Cavitation et matériaux
Porteurs du projet :
Correspondants : Sylvain Gaudion, General Electric Renewable Energy & Marc Fivel, Directeur de recherche au Laboratoire SIMaP
Doctorant : Julien Hofmann
Organismes associés au projet : SIMaP, LEGI, General Electric Renewable Energy
Le projet :
L’hydroélectricité est à ce jour la deuxième source de production d’électricité en France grâce aux 2 300 installations présentes sur le territoire français. Certains points de fonctionnement, prévus ou non initialement, entrainent des conditions hydrodynamiques spécifiques susceptibles de produire des phénomène de cavitation eux-mêmes à l’origine d’endommagement d’érosion de cavitation engendré par les impacts répétés des bulles de vapeurs qui implosent à proximité des aubes.
Les conséquences d’un tel endommagement peuvent être directes (modification de la rugosité de surface, perte de masse, propagation de fissures, etc.) ou bien indirectes (diminution du rendement, vibration mécanique, corrosion suite à la rupture d’un film passif, etc.).
Objectif du projet :
L’objectif du projet est d’établir un modèle d’endommagement d’érosion par cavitation de nuances d’acier super-martensitique X3CrNiMo13-4 et X4CrNiMo16-5-1 dans des conditions modélisées en laboratoire. Afin de comprendre l’influence de la microstructure sur les endommagements liés la cavitation, deux états métallurgiques (QT780 et QT900) sont étudiés par nuance d’aciers inoxydables.
L’érosion de cavitation est générée sur les matériaux à l’aide de deux dispositifs :
- Un tunnel hydrodynamique présent au laboratoire LEGI. La cavitation est générée par une augmentation locale de la vitesse d’un écoulement confiné dans une veine hydraulique. Dans cette installation, la vitesse de l’eau peut aller jusqu’à 90m/s.
- Un dispositif expérimental composé d’un processeur à ultrasons (sonotrode). Dans ce cas, la cavitation est générée par les ondes acoustiques transmises dans l’eau par la sonotrode. Dans ce dispositif, la vitesse du fluide est donc nulle mais la fréquence des impacts est très élevée.
Les caractérisations des endommagements sont menées en parallèle :
- En surface : analyse du changement de topologie de surface (profilométrie, microscope électronique à balayage, microscope à forces atomiques)
- En volume : observation de la propagation des fissures et des défauts (tomographie aux rayons-X : en laboratoire et à l’ESRF).
L’originalité du projet est que le dispositif à ultrasons peut s’installer dans un tomographe à rayons X, en laboratoire ou bien à l’ESRF. Ce couplage moyen d’essais/caractérisation permet ainsi de réaliser des observations in-situ des mécanismes d’endommagement (évolution spatio-temporelle des fissures).
Résultat attendu :
La compréhension des mécanismes d’endommagement doit permettre à General Electric de mieux sélectionner les matériaux en fonction des conditions de sollicitations attendues ou bien de développer des revêtements pour limiter les endommagements.
Publications associées :
Article scientifique dans la revue Physics of Fluid : Comparison of acoustic and hydrodynamic cavitation: Material point of view, Julien Hofmann
Thèse : Caractérisation et modélisation des mécanismes d’endommagement des matériaux par la cavitation, Julien Hofmann
Article de vulgarisation dans The Conversation : Centrales hydroélectriques : comprendre la fissuration des turbines pour prolonger leur durée de vie, Julien Hofmann
