Contexte du projet :
La durabilité des joints soudés constitue un enjeu majeur pour de nombreuses structures industrielles, en particulier dans le domaine naval. Dans les pratiques actuelles d’ingénierie, notamment au sein de Naval Group, les chargements d’amplitude variable (par exemple décrits via des matrices de comptage de type Rainflow) sont généralement transformés en un chargement équivalent à amplitude constante, appelé « cyclage équivalent ».
Un premier enjeu industriel consiste à consolider voire faire évoluer cette approche de cyclage équivalent pour les calculs de durée de vie en fatigue ainsi que pour les analyses de tolérance aux défauts appliquées aux joints soudés de structures navales.
Par ailleurs, les joints soudés, notamment les assemblages en angle et bout-à-bout, présentent des niveaux élevés de contraintes résiduelles issues du procédé de soudage. Dans la continuité de travaux antérieurs (Bercelli et al., 2023), un second enjeu majeur est l’évaluation de l’effet de ces contraintes résiduelles sur la durabilité des structures, en considérant à la fois l’amorçage et la propagation des fissures.
Pour répondre à ce double enjeu, une thèse CIFRE est mise en place entre Naval Group et l'Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL - UMR CNRS 6027) à l'ENSTA sur le campus de Brest.
Descriptif du sujet :
L’objectif principal de cette thèse est d’améliorer la compréhension et la modélisation du comportement en fatigue des joints soudés soumis à des chargements d’amplitude variable, en intégrant l’effet des contraintes résiduelles.
Un point clé résidera dans la prise en compte de l’influence de la contrainte moyenne effective (résultant de la combinaison du chargement nominal et des contraintes résiduelles), notamment sur l’amorçage et la propagation des fissures longues.
En premier lieu, il conviendra d’étudier expérimentalement l’influence d’un chargement cyclique d’amplitude variable, tant sur la phase d’amorçage (petites fissures) que sur la phase de propagation de fissures macroscopiques dans des joints soudés. Ces travaux seront menés principalement sur des assemblages soudés en angle et bout-à-bout en acier de construction navale.
À cette fin, différentes techniques expérimentales seront mises en œuvre, notamment la thermométrie, qui a déjà démontré tout son intérêt dans des études antérieures sous chargement d’amplitude constante (Carteron, 2020). La mise en place de post-traitements adaptés (Bercelli et al., 2025) permettra notamment de mettre en évidence les effets de fermeture de fissure au cours du cycle, ce qui constitue un élément essentiel pour la phase de modélisation. L’extension de cette technique à des chargements cycliques d’amplitude variable constitue l’un des verrous scientifiques majeurs du projet.
Dans un second temps, les résultats expérimentaux obtenus serviront de base à la mise au point d’un modèle de prévision de durée de vie et de tolérance aux défauts pour les joints soudés. La richesse des observations expérimentales devra permettre de justifier chacune des briques de la modélisation afin d’en améliorer la robustesse.
Références
Bercelli, L., Levieil, B., Doudard, C., Calloch, S., 2025. Fatigue crack closure assessment by wavelet transform of infrared thermography signals. Int. J. Fatigue 190, 108639.
Bercelli, L., Levieil, B., Doudard, C., Malek, B., Bridier, F., Ezanno, A., 2023. Use of infrared thermography to model the effective stress ratio effect on fatigue crack growth in welded T-joints. Eng. Fract. Mech. 279, 109061.
Carteron, L., 2020. De l’apport des mesures de champs de température sous sollicitations cycliques pour la caractérisation et la modélisation des propriétés en fatigue des assemblages soudés (thesis). Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne.
