Depuis des siècles, l'étude de la structure des matériaux permet de développer des objets, notamment métalliques, toujours plus performants. En particulier en ce qui concerne les matériaux métalliques et leurs alliages, dont les propriétés secrètes ont été révélées, depuis que les forgerons les travaillent, bien avant notre ère. Au cours du temps, c'est l’échelle à laquelle on étudie ces matériaux qui a changé.
Ainsi, la résistance plus grande d'un alliage métallique en comparaison des métaux purs est un savoir ancien. Depuis l'avènement de l'ère industrielle, les nombreux secteurs producteurs ou utilisateurs de ces alliages, automobile, ferroviaire, aéronautique, aérospatial, nucléaire et tant d’autres cherchent continuellement à innover sur des critères donnés, et dans des conditions données. Car aujourd’hui, chaque pièce métallique utilisée dans l’industrie l’est selon des critères de contraintes très stricts : poids, température, pression, déformation. Ainsi, chaque pièce métallique est développée pour une utilisation extrêmement spécifique, qui requiert des caractéristiques précises.
Aussi, certains critères viennent aujourd’hui s’ajouter à la fiabilité et à la performance : la recyclabilité par exemple, la ressource disponible des métaux, l’empreinte écologique et financière de l’extraction… Dans ce contexte, le développement d’outils de modélisation pour simuler le comportement des matériaux dans des conditions de températures et de contraintes semblables à la réalité offre de nombreux atouts. Tout d’abord, ces modélisations permettent de comprendre le comportement de la matière à des échelles encore jamais vues. Les chercheurs de l’ONERA, interviewés pour ce dossier, travaillent sur des modélisations à l’échelle du micron, qui leur permettent d’étudier le comportement des matériaux à des échelles nouvelles. Même si nous ne sommes pas encore à l’échelle de l’atome, qui paraît aujourd’hui inaccessible, le facteur limitant restant la puissance de calcul nécessaire pour y parvenir.
Se faisant, ces modélisations permettent de connaître très précisément le comportement de la matière à très petite échelle, et de tester différentes compositions d’alliages, pour trouver la formulation idéale. En effet, de très petites variations dans la composition de ces alliages peuvent avoir des conséquences très importantes sur ses propriétés mécaniques.
Second atout qui fait de la modélisation un fort enjeu pour l’industrie, le coût des expérimentations liées au développement de nouveaux alliages. Remplacer une partie des expérimentations par de la modélisation permet aux industriels de développer de nouveaux matériaux tout en économisant beaucoup de temps et d’argent.
Pour autant, le développement des modélisations du comportement de la matière à des échelles aussi réduites pose un problème. A ces échelles, le traitement de la matière se fait par paquets d’atomes, et les équations physiques du comportement de ces paquets d’atomes n’existent pas aujourd’hui dans la physique que nous connaissons. Il s’agit donc de les extrapoler, et plus justement de les inventer, pour créer des modèles véritablement fiables et rapidement productifs. Un défi de taille, qui trouve un soutien bienvenu à travers le développement des technologies de puissance de calcul, et surtout d’intelligence artificielle. Cette dernière permet d’extrapoler les simulations faites à très petite échelle, et permet de gagner un temps considérable dans le développement de modélisations capables de prédire le comportement d’un objet métallique industriel, comme une pièce de moteur d’avion par exemple.
