Manas Upadhyay reçoit un prix de la Société française de métallurgie et de matériaux

La fabrication additive, également connue sous le nom d'impression 3D, a pris de l'ampleur ces dernières années et permet de construire ou de réparer des pièces industrielles pour un large éventail d'applications, de l'aérospatiale aux produits médicaux. Elle consiste à lire un fichier 3D conçu par ordinateur et à le construire couche par couche en faisant fondre localement une matière première à l'aide d'une source de chaleur mobile telle qu'un laser. Cependant, bien que le processus soit flexible, il est difficile d'obtenir les propriétés mécaniques souhaitées en raison de la grande sensibilité du résultat final aux différents paramètres. De plus, les méthodes d'essai et d'erreur actuellement utilisées dans l'industrie produisent beaucoup de déchets. Les recherches de Manas Upadhyay visent à surmonter ces problèmes afin d'étendre l'utilisation de la fabrication additive métallique. La Société française de métallurgie et des matériaux vient de décerner la médaille Jean et André Rist à ce jeune scientifique du Laboratoire de mécanique des solides (LMS*).

Manas Upadhyay a obtenu son diplôme d'ingénieur à l'université de Mumbai (Inde) et son doctorat en génie mécanique au Georgia Institute of Technology (États-Unis). Il s'est intéressé à la fabrication additive lors de son post-doctorat à l'Institut Paul Scherrer (Suisse) et plus particulièrement à la compréhension de ce qui se passe dans la microstructure d'un matériau lors de la fabrication additive. Au cours de ce processus, le métal liquide se solidifie rapidement, quelques millisecondes après son dépôt. "Après la solidification, alors que la fabrication se poursuit, le matériau est soumis à de multiples cycles thermiques (chauffage et refroidissement) à l'état solide, avec des taux et des amplitudes de température variables", explique-t-il. "Jusqu'à récemment, les scientifiques s'étaient principalement concentrés sur la compréhension de la formation de la microstructure pendant la solidification. Mais de nombreux mécanismes influençant la microstructure du matériau peuvent se produire pendant les cycles thermiques, comme la dilatation et la contraction locales, à tel point que les propriétés mécaniques obtenues à la fin sont nettement différentes."

Des synergies entre modélisations, simulations et expériences

Les microstructures des matériaux ainsi fabriqués sont plus complexes que celles des matériaux conventionnels. Pour comprendre leur formation, leur évolution et leur relation avec les propriétés mécaniques, des recherches théoriques, expérimentales et des simulations informatiques sont nécessaires. Ce n'est qu'après avoir effectué ce travail fondamental que l'on pourra élaborer des solutions aux problèmes appliqués. Manas Upadhyay met en œuvre cette vision à long terme depuis son arrivée à l'École polytechnique en 2019. Grâce à une Starting Grant du Conseil européen de la recherche pour son projet GAMMA, il a mis en place le groupe MoSES (Modeling Simulation and Experiment Synergy).

Actuellement composée de trois doctorants, Nikhil Mohanan, Kouider Abdellah Abdesselam, Gabriel Dante Lima Chaves, et de deux chercheurs post-doctoraux, Steve Gaudez et Juan Guillermo Santos Macias, l'équipe a déjà démontré que les cycles thermiques pendant la fabrication additive peuvent effectivement induire une évolution de la microstructure. Les chercheurs ont aussi réalisé des expériences avec une machine de dépôt métallique laser miniature portable, spécifiquement adaptée aux études par rayons X dans les grandes installations synchrotron. Enfin, d'un point de vue informatique, les méthodes d'éléments finis les aident à simuler et à interpréter ce qui se passe pendant ces expériences afin d'obtenir des informations fondamentales sur les processus. De nouveaux résultats sur ce sujet devraient être publiés prochainement.

Steve Gaudez, du groupe MoSES, a également été récompensé par la Société française de métallurgie et de matériaux. Il reçoit le prix Bodycote pour ses travaux réalisés lors de sa thèse de doctorat effectuée à l'Université de Lorraine.

*LMS : une unité mixte de recherche CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris