GRENAT : InGéniérie des matéRiaux augmEntée par les doNnées pour la fonctionnAlisaTion de surface avancée
Pilote : Vincent RAT
IRCER – Institut de Recherche sur les CERamiques
(UMR 7315 CNRS/Univ. Limoges)
Mots clés : Ingénierie des surfaces, Intelligence Artificielle, procédés d’élaboration, projection thermique, barrière thermique, dépôt abradable, instrumentation, capteurs, diagnostics et caractérisation des matériaux à haut-débit, réduction de données
La projection thermique est une famille de procédés de revêtements obtenus à partir d’une source d’enthalpie et de quantité de mouvement qui permet de projeter des matériaux pour former un revêtement. Ce dernier est constitué d’un empilement de lamelles dont l’état thermocinétique des matériaux à l’impact sur le substrat conditionne les propriétés du revêtement. La projection couvre un large spectre de procédés (projection gaz froid, combustion, plasma) et peut ainsi être appliquée à toutes les grandes catégories de matériaux (polymères, métaux, céramiques, cermets, …).
Les paramètres opératoires, comme les caractéristiques des matériaux initiaux et les paramètres du procédé, permettent d’ajuster les propriétés des revêtements déposables sur des géométries complexes. La projection thermique est une technologie mature qui adresse de nombreux secteurs industriels tels que l’automobile, l’aérospatiale, la médecine, les turbines à gaz industrielles, l’imprimerie. Les revêtements sont exploités pour leur résistance aux températures élevées et à la corrosion (e.g. barrières thermiques, TBC), leur résistance à l’usure, chimique, isolation électrique, etc…Cependant, le nombre relativement important de paramètres de procédés, leurs effets couplés et non-linéaires sur le traitement thermocinétique des particules, les échelles de temps et d’espace décrivant les mécanismes s’étalant sur plusieurs ordres de grandeur rendent complexes l’optimisation expérimentale du procédé et la mise en œuvre des modélisations et simulations numériques. L’Intelligence Artificielle (IA) est une alternative d’optimisation de procédés complexes grâce à l’utilisation des données produites par des capteurs et des systèmes de diagnostics avancés. L’IA permet de développer des processus industriels durables et économes en ressources, réduisant les besoins énergétiques et les déchets sans sacrifier la qualité des systèmes.
Le projet GRENAT a pour objectif de répondre au second axe thématique de DIADEM sur l’accélération de la maîtrise des procédés en s’appuyant sur la plateforme technologique de fonctionnalisation de surface avancée SAFIR issue du laboratoire commun Prothéis entre l’IRCER, SAFRAN et OERLIKON. Le consortium sera également composé du partenaire CEA-LIST spécialisé dans l’IA, la science des données et les capteurs innovants.
Le projet GRENAT constituera la première brique d’IA, comme preuve de concept, pour prédire les propriétés des revêtements sur deux systèmes complémentaires modèles de couples procédés/matériaux (projection plasma de poudres/abradables et projection plasma de suspensions/TBC) dans l’environnement de SAFIR et qui interagira avec les projets ciblés RUBIS sur les procédés céramiques et DIAMOND sur les bases de données et outils IA de DIADEM.
La première étape sera d’établir une base de données sur les couples matériaux/procédés issues des capteurs/diagnostics in situ et operando mais aussi de micrographies MEB et de propriétés des dépôts. Des méthodes de caractérisations des dépôts céramiques sans contact et non destructives à haut-débit seront privilégiées et mutualisées avec RUBIS. Une infrastructure de stockage et d’accessibilité de données selon les principes FAIR sera créée et interagira avec le projet DIAMOND.
La seconde étape majeure consistera à étudier la dimension intrinsèque des données et à définir la nature de l’approche, IA connexionniste ou symbolique, en fonction de la quantité et de la nature des données. Enfin, dans la dernière étape, les modèles seront intégrés à la plateforme préindustrielle SAFIR dont la nouvelle infrastructure de données sera conçue de manière à permettre l’intégration ultérieure d’autres procédés facilitant la structuration de la communauté scientifique des revêtements et plus largement celle des matériaux.