Les travaux présentés concernent l’étude du soudage hybride laser/MIG d’aciers de fortes épaisseurs pour deux configurations différentes : soudage monopasse d’acier inoxydable superduplex en chanfrein « Y » et soudage multipasse d’acier ferritique en chanfrein étroit. Une étude expérimentale a été réalisée visant la compréhension et l’investigation des mécanismes régis par le procédé, ainsi que la validation des résultats numériques des modèles développés (caractérisation du bain fondu et obtention de thermogrammes). Une recherche paramétrique a permis de déterminer les paramètres optimaux de soudage pour la configuration en chanfrein « Y ». L’étude numérique menée a pour objectif de déterminer l’histoire thermique des pièces soudées. Ses simulations numériques basées sur deux approches différentes ont été développées à l’aide du logiciel COMSOL Multiphysics. La première, dite approche par sources équivalentes, repose sur un calcul purement thermique, et la deuxième est basée sur un calcul thermohydraulique des écoulements dans le bain fondu avec prise en compte de la convection naturelle et de la thermocapillarité. La méthode des plans d’expériences numériques a été utilisée pour déterminer les paramètres analytiques des sources de chaleur équivalentes ainsi que des paramètres inconnus tels que les rendements des sources et les propriétés thermophysiques de la phase liquide intervenant dans le modèle multiphysique. L’analyse comparative entre résultats expérimentaux et numériques permettant de juger la qualité des modèles à reproduire les dimensions et la forme de la zone fondue et de valider le choix des hypothèses formulées, a fourni des résultats satisfaisants. / The present study is dedicated to hybrid laser/MIG welding of high thickness steels for two different configurations: one hybrid single pass welding of superduplex steel UR2507Cu with Y-shaped chamfer geometry and a multipass hybrid welding of ferritic steel 18MND5 in narrow gap. An experimental study was carried for understanding and investigation of mechanisms governed by the process and validation of numerical models results (characterization of the weld pool and thermocouples measurements). A parametric research allows the determination of the optimal welding parameters for the Y-shaped chamfer configuration. The numerical study aims to determine the thermal history in the solid part of the work piece. Those numerical simulations which are based on two different approaches were developed using the COMSOL Multiphysics software. The first, called equivalent heat sources approach, consists only in the resolution of the heat transfer problem, and the second one, is based on the resolution of heat transfer and fluid flow problem in the weld pool by taking into account the natural convection and thermocapillarity effect. A numerical exploratory designs method is used to identify the equivalent heat sources parameters as well as some unknown parameters such as the thermophysical properties of the metal liquid and the thermal efficiency involved in the thermohydraulic models. The comparative analysis between experimental and numerical results, which permits judging the models quality to reproduce the melted zone size and shape and to validate the assumptions choice, has provided satisfying results.

Ces travaux présentent une recherche sur la physique du soudage hybride. La revue littéraire décrit les principaux processus physiques se produisant au cours de la combinaison Laser-arc, les principales réalisations et les problèmes rencontrés lors de l'analyse de ces processus. Les processus ont été étudiés pendant l'assemblage de matériaux de fortes épaisseurs. Deux configurations ont été utilisées. La première est le soudage d’un acier Superduplex en un seul passage, par Laser et arc distanciés. La seconde configuration est le soudage multipasse de l'acier 18MND5, où le faisceau Laser défocalisé intercepte le plasma d'arc électrique. Avec l'aide de la planification d'expérience, l'imagerie vidéo rapide, l'enregistrement des signaux électriques, la détermination de la température et des distorsions de l’assemblage ont permis d’expliquer le rôle de chaque source thermique et l'influence de leur combinaison sur la création du bain fondu, l'identification du mode de transfert métallique et la répartition de la chaleur dans la plaque soudée. Les relations entre les signaux électriques et la géométrie de l'arc, les dimensions du bain et la distribution de chaleur sont analysées à différentes échelles de temps. L'analyse thermique présentée montre que l'hypothèse de stationnarité, qui est largement utilisé par les simulateurs, est vraie seulement sur une courte période et pour une longueur donnée de soudure. L’analyse macrographique montre, quant à elle, l'effet de la variation des paramètres d'entrée sur la structure et la géométrie de la soudure. / An investigation on hybrid welding physics is presented in the current work. A literature review describes main physical processes occurring during Laser-arc combination and shows main achievements and problematics met during process analysis. Physical processes were studied during joining of very thick materials. Two configurations were used. The first configuration is welding of Superduplex steel in one pass by Laser and arc that are far apart. The second configuration is multipass welding of 18MND5 steel, where defocused Laser beam intercepts arc plasma. With a help of experiment’s design, fast video imaging, electric signals recording, determination of temperature and workpiece distortion, were explained the role of each thermal source and influence of their combination on arc behaviour, molten pool creation, metallic drop transfer evaluation and heat distribution into welded plates. The relationships between electric signals and arc geometry, bath dimensions and heat distribution have been analyzed at various time scales. Thermal analysis, presented in this work, shows that hypothesis of stationarity, which is commonly used in numerical modelling, is true only during a short welding period and for a given weld length. Macrographic analysis shows effect of input parameters variation on weld’s structure and geometry.