Ligne de lumière Synchrotron haute énergie Pour l'expérimentation in situ et en temps réel

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1 Projet «HERMeS» Ligne de lumière Synchrotron haute énergie Pour l'expérimentation in situ et en temps réel en métallurgie Etudier les Matériaux en temps réel, dans des conditions réelles 1

2 faisceau très intense large gamme d énergies géométrie, cohérence, polarisation A. JACQUES IJL-CNRS 2

3 faisceau très intense large gamme d énergies géométrie, cohérence, polarisation A. JACQUES IJL-CNRS 3

4 Expériences in situ eten temps réel 1 m 10-3 m 10-6 m m Microscopie Electronique en Transmission Rayons X Laboratoire Neutrons Rayons X synchrotron haute énergie 10-6 s 1 s 10 6 s 10 9 s Un domaine stratégique pour la Métallurgie de demain 4

5 Observation de la zone pâteuse: Z (a) (b) (c) 1mm (d), (e), (f) Radiographies de la zone pâteuse pendant la solidification Gouttes liquides enrichies en Cu remontant dans la zone pâteuse IJL/302, IM2NP Microstructures de Croissance Auto-organisées

6 Ductile fracture cracks nucleate, grow, coalesce how do cracks grow? kinetics? lab tomography 8h fast tomography (ID15) 1 image = 20 s (aujourd hui: < sec) size: (300 µm) 3 MATEIS

7 Aciers à très haute résistance Aciers TWIP (filière automobile) Observation in situ du déplacement d une bande de déformation Infrared imaging High energy beam : 100keV 2D detector P07 Petra III 10 fps IJL/304

8 Aciers THR pour l automobile Augmenter le rendement d un moteur pour diminuer l émission de CO 2 d une automobile Alléger le vilbrequin tout en conservant ses propriétés Traitement thermique par induction puis trempe Caractériser in situ les transformations de phase lors d un chauffage à 100 C/s DRX in situ en rayonnement synchrotron IJL/303 8

9 9

10 Contraintes dans des tôles soudées: cartographie en 3D des contraintes dans des pièces massives soudure de plaques d acier inoxydable austénitique épaisseur: 18mm 860 points en mesure (+ résolution en profondeur) 40 s/point temps total 38h voir aussi: 10 Objectif : faire des mesures rapides en routine

11 déformation Superalliage base Ni: Comportement durant une excursion en température Fraction phase γ contraintes Collaboration IJL/Pprime 11

12 Trois conditions: - Un faisceau de très haute énergie (> 70 KeV) pour traverser 10 mm d acier. - Un faisceau très intense pour enregistrer une image ou un diagramme de DRX en une fraction de seconde - Du matériel pour réaliser les expériences in situ 12

13 Reconfiguration de la ligne ID15 A Programme RénovationdelaligneID15A Rénovation du diffractomètre 3 axes Achat et construction de détecteurs Tomographie Haute Température Dispositifs de simulation du traitement thermo-mécanique 13

14 Reconfiguration de la ligne ID15 A Programme RénovationdelaligneID15A Rénovation du diffractomètre 3 axes Achat et construction de détecteurs Tomographie Haute Température Dispositifs de simulation du traitement thermo-mécanique 14

15 Sources de lumière synchrotron en Europe Utilisables pour la Métallurgie APS NSLS 15

16 ESRF: - En cours de rénovation. La première tranche doit être finie fin La ligne ID15 (haute énergie) doit être affectée à d autres thématiques (Chimie, Géologie). 16

17 EQUIPEX HERMeS : 20 laboratoires français : 7,9 ME d investissement pour financer la reconstruction de la ligne ID15 (5,6 ME), son équipement (2,3 ME) + fonct (300 KE/an). - Garantir l affectation de la ligne à la Métallurgie. - Obtenir un temps de faisceau garanti sur ID15 et d autres lignes de lumière (ID19, ID11...) - Disponibilité de la ligne pour les utilisateurs «habituels». 17

18 EQUIPEX HERMeS : 20 laboratoires français : 7,9 ME d investissement pour financer la reconstruction de la ligne ID15 (5,6 ME), son équipement (2,3 ME) + fonct (300 KE/an). - Garantir l affectation de la ligne à la Métallurgie. - Obtenir un temps de faisceau garanti sur ID15 et d autres lignes de lumière. - Disponibilité de la ligne pour les utilisateurs «habituels». 18

19 2014: CP Etat Lorraine - La première tranche de rénovation de l ESRF suit son cours (fin en Dec. 2015). - La ligne ID15A peut être partagée entre Métallurgie et Chimie. - Projet déposé de 5.6 ME, dont 2.6 ME consacrés à la rénovation de la ligne (+ 3 ME équipements, détecteurs ). Discussions en cours. - L ESRF nous demande un engagement ferme sur les 2.6 ME avant la fin Complément: PIA2 ou cluster «Metallurgy Europe» 19

20 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 L (mm) Al Ti Fe Cu E (KeV) Longueur de pénétration (50%) des photons X dans différents métaux purs en fonction de leur énergie 20