Axe de recherche du projet : Cavitation et matériaux
Porteurs du projet :
Correspondants : Sylvain Gaudion, General Electric Renewable Energy & Marc Fivel, Directeur de recherche au Laboratoire SIMaP
Postdoctorant : 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. Certains points de fonctionnement, non prévus initialement, entrainent des conditions hydrodynamiques spécifiques susceptibles de produire des phénomènes 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 de généraliser le modèle d’endommagement d’érosion par cavitation construit lors de la thèse sur de nouveaux matériaux utilisés industriellement pour recharger les turbines hydroélectriques endommagées. Ces revêtements fonctionnels en acier inoxydable sont en effet déposés par soudage sur les aubes des turbines qui sont composées des matériaux étudiés lors de la thèse. Deux revêtements différents sont étudiés dans des conditions de mise en œuvre différentes (traitement thermique, utilisation de couche intermédiaire, nombre de couche, etc.).
L’érosion de cavitation est générée sur les matériaux à l’aide de trois 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 90 m/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.
• Un dispositif expérimental générant un jet cavitant sur la surface des échantillons. Cet équipement permet de générer une cavitation très agressive avec une pression dans la chambre d’essai proche de 200 bars.
Les caractérisations de l’endommagement sont notamment réalisées grâce à la microscopie électronique à balayage, la diffractométrie des rayons X, la profilométrie et la tomographie aux rayons X.
Ce projet est le fruit d’une collaboration entre les laboratoires SIMaP et LEGI et les entreprises General Electric, Welding Alloys et Hydro’Québec.
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 pour limiter les endommagements.
Publications associées :
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
Article scientifique dans la revue Physics of Fluid : Comparison of acoustic and hydrodynamic cavitation: Material point of view, Julien Hofmann
