Les électrons libres

1.4.4.a. Alexander Kaplan

Dans les années 90, la thèse de doctorat de D. Petring sera publiée [Petring 1995]. Ce travail sera pour nous riche d’enseignements et de compréhension. Il reste cependant difficile d’accès car, bien entendu, rédigé en allemand. L’année 96 vit la publication dans le Journal of

Applied Physics, de l’article d’Alexander Kaplan, « An analytical model of metal cutting with a laser beam » [Kaplan 1996]. Alors professeur à l’université de Vienne en Autriche, il publie régulièrement des articles traitant des applications fondamentales des lasers de puissance. Tout d’abord, un modèle relatif au soudage laser (1994) [Kaplan 1994], puis un article axé sur la découpe et enfin, tout récemment, une approche du procédé de rechargement laser [Kaplan 2001]. Ce travailleur solitaire balaye ce domaine particulier des applications laser depuis une bonne dizaine d’années maintenant et il a fini par devenir une personnalité de premier ordre dans la communauté scientifique des « laseristes ». Actuellement, il enseigne la physique à l’université technique de Lulea en Suède. Son modèle de découpe laser que nous expliciterons plus en détail par la suite, se veut relativement simple d’accès. C’était le but de son travail. Fournir un modèle complet, utilisant tous les ingrédient habituels, équations bilan, calcul thermique, etc., en le rendant accessible rapidement par quiconque aurait besoin d’un modèle de découpe laser.

1.4.4.b. Que se passe-t-il à l’Est…

La Russie compte elle-aussi sur une longue tradition de physiciens renommés pour leurs percés dans différents domaines de la physique théorique. Dans le champ des applications laser comme ailleurs, de brillants scientifiques ont exploré les processus fondamentaux. Ainsi, il n’est pas rare de se rendre compte que l’idée innovante que l’on croyait avoir eu, avait en fait déjà été utilisée, plusieurs années auparavant, par des chercheurs aux noms difficilement prononçables. La liste des contributions est longue.

Suite à un échange avec le Pr. Golubev, dont nous reparlerons ultérieurement, celui-ci nous a informé que ses travaux, relatifs aux procédés laser, avaient, en partie, été inspirés par ceux du Pr. Kovalenko. L’ensemble de ce travail est malheureusement publié en russe, en particulier un livre traitant de la théorie de la découpe laser [Kovalenko 1987].

Vient ensuite le professeur V.G. Niziev de l’Académie des Sciences Russes de Shatura, près de Moscou. Il publie en 1993, « Theory of CW Laser Beam Cutting ». Dans cet article, partant du constat qu’aucun modèle global n’existe alors, il décide de mettre en place une méthode de résolution perturbative sensée fournir non seulement le profil 2D de la saignée de découpe mais également la forme des stries générées durant le processus. Aucune validation expérimentale n’est cependant fournie.

A partir de 1994, nous trouvons plusieurs articles publiés par le Pr. Golubev, également de l’Académie des Sciences Russes de Shatura [Golubev 1994, 1995, 1999, 2002]. Celui-ci se focalise sur l’aspect non stationnaire des procédés laser tels que le soudage ou la découpe. Il

développe son travail autour d’instabilités présentes dans la phase de métal liquide. Nous aurons l’occasion d’approfondir ses travaux dans la dernière partie de cette thèse.

Bien que la plupart des travaux russes ne soient pas souvent agrémentés de comparaisons expérimentales, les développements théoriques proposés permettent d’augmenter notre capacité de réflexion sur les problèmes physiques soulevés.

1.4.4.c. …et du côté de l’Oncle Sam ?

En ce qui concerne les travaux américains sur le sujet, les chercheurs ne sont pas légion. Un enseignant du Département d’Ingénierie Mécanique de l’Université de Columbia à New York, le Dr. Y. Lawrence Yao a cependant produit un travail intéressant, par le biais de l’un de ses étudiants, Kai Chen. Il semblerait que Kai Chen ait réalisé sa thèse sur la modélisation de la découpe laser. Malheureusement, quand je l’ai contacté voilà deux ans, il m’a répondu que son travail n’était pas accessible, si ce n’est par l’intermédiaire des articles qu’il avait écrit avec son directeur de thèse, le Dr. Yao. Ainsi, seules des approches parcellaires de leurs recherches peuvent être compulsées. Ils ont modélisé les effets de l’action de l’oxygène dans la découpe des aciers standards [Chen 1999a] et ont également proposé une approche du phénomène actif dans la génération des stries de découpe [Chen 1997]. Nous aurons l’occasion de revenir sur ce dernier point à la fin de notre étude quand nous discuterons des différentes hypothèses existantes à l’heure actuelle à propos de la génération de stries de découpe.

Plus récemment, nous avons rencontré à la conférence ICALEO, en octobre 2002 à Jacksonville (Floride), le Dr. H.L. Tsai de l’université du Missouri. Après mon exposé oral, celui-ci nous a abordé succinctement, Rémy Fabbro et moi-même, en nous disant qu’il travaillait depuis plusieurs années sur les problèmes de simulation d’interaction laser-matière comme le soudage ou la découpe. Nous avons visité son site internet^* dans lequel on peut découvrir différents aspects de la propagation de la chaleur dans le soudage… Ce travail est essentiellement d’ordre numérique et il est difficile d’apprécier la pertinence de l’approche physique employée. Très récemment, partant d’une discussion avec Rémy Fabbro, relative à la propagation de la chaleur dans le cadre du soudage laser bispot (utilisation de deux tâches laser en position axiale ou transverse par rapport à la direction de déplacement), il a modélisé les échanges thermiques entrant dans le processus. Les résultats sont en très bon accord avec les expériences menées au CLFA.