Victor Claverie soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 17 octobre 2023.

Etude du comportement thermo-mécanique et de la rupture d’oxyde de fer à température ambiante et à haute température

Victor Claverie a fait sa thèse dans l'équipe PSF sous la direction de Pierre Montmitonnet, Karim Inal et Alain Burr. Il soutient sa thèse de doctorat dans la spécialité doctorale "Mécanique Numérique et Matériaux" le 17 octobre 2023 devant le jury suivant (sous réserve de l'accord des rapporteurs) :

Lors du laminage à chaud, une couche d'oxyde, la calamine, se forme à la surface des brames d'acier, responsable de défauts de surface. Le décalaminage, en envoyant de l'eau à haute pression à la surface de l'acier, permet de limiter l’épaisseur de l'oxyde, et donc d'améliorer la qualité de surface. L'objectif de cette étude est d'améliorer la compréhension des phénomènes mis en jeu lors du décalaminage secondaire à l'entrée du finisseur. Plusieurs nuances d'acier à faible teneur en carbone, caractérisées par des différences de décalaminage, sont choisies en vue d'analyser leurs disparités sur le plan industriel. Le comportement de la calamine est évalué par diffraction des rayons X à haute température de manière in situ, ce qui permet de reproduire un refroidissement contrôlé. Cette analyse comprend à la fois l'analyse des phases et des contraintes afin d'observer les transitions dans le comportement de l'oxyde, notamment la relaxation des contraintes internes au-delà de 700°C. Les propriétés mécaniques de l'oxyde sont évaluées par des essais d'indentation à température ambiante et à haute température. À faible température (<600°C), plusieurs familles de fissures se forment en indentations, compatibles avec un modèle de flexion d'une plaque dure (l'oxyde) sur un substrat mou (le métal) : fissures circulaires, délamination. À plus haute température, l'oxyde devient ductile. En parallèle, des simulations numériques par éléments finis (FEM) du processus d'indentation sont réalisées à l'aide du logiciel Abaqus® afin de mieux comprendre le mécanisme de fissuration et de délamination de l'oxyde. Ces simulations visent également à extraire les propriétés de fissuration de l'oxyde et de son interface. Ces données vont par la suite être utilisées pour une future modélisation complète du décalaminage hydraulique.

 

 

Coupe  FIB d'un échantillon d'acier oxydé après une indentation de 5N et simulation XFEM correspondante pour modéliser la fissuration de l'oxyde

 

Mots-clés : oxydes de fer, décalaminage, indentation, simulation numérique, X-Ray Diffraction, laminage à chaud

Jesus Oswaldo Garcia Carrero soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 11 octobre 2023.

Estimateurs d’erreurs et remaillage anisotrope adaptatif en modélisation électromagnétique couplée 3D – Application aux procédés de fabrication avec couplage électromagnétique.

Jesus Oswaldo Garcia Carrero a réalisé sa thèse dans l'équipe CSM sous la direction de François Bay en collaboration avec Transvalor. Il soutient sa thèse de doctorat dans la spécialité doctorale "Mécanique Numérique et Matériaux" le 11 octobre 2023 devant le jury suivant (sous réserve de l'accord des rapporteurs) :

Résumé :

Mots-clés : Modélisation numérique, Eléments finis, Electromagnétisme, Adaptation du maillage, Estimateur d'erreurs, Couplages multiphysiques

Coraline Chartier soutient sa thèse de doctorat le 17 mars 2023

Aérogels et cryogels à base de chitosane pour le traitement des plaies

Coraline Chartier a réalisé sa thèse dans l'équipe BIO sous la supervision de Tania Budtova et Sytze Buwalda, côté CEMEF et de Benjamin Nottelet pour l'Institut de Biomolécules Max Mousseron. Elle soutient sa thèse en spécialité doctorale "Mécanique Numérique et Matériaux" le 17 mars 2023 devant le jury suivant :

– Audrey Tourette, CIRIMAT Université de Toulouse 3, rapporteur

– Luc Picton, Laboratoire PBS Université de Rouen, rapporteur

– Yves Grohens, IRDL, Université Bretagne Sud, examinateur

– Carlos Alberto Garcia Gonzalez, Universidade de Santiago de Compostella, examinateur

– Hélène Van den Berghe, Institute of Biomolecules Max Mousseron (IBMM), examinatrice

Résumé :

Le vieillissement de la population engendre des problèmes de santé qui constituent des défis médicaux et économiques majeurs pour les Etats. Les plaies chroniques sont l’un d’entre eux. Ce sont des plaies qui se trouvent au stade inflammatoire et qui ne présentent aucun signe de cicatrisation après 6 semaines. Elles peuvent entrainer des complications allant jusqu’à la mort. Pour traiter ces plaies, des pansements avec des propriétés améliorées peuvent être développés, par exemple, des pansements à base de matériaux poreux. Un matériau poreux est perméable aux gaz comme l’O2 et le CO2, il permet d’absorber de larges quantités d’exsudat de la plaie et, selon le matériau choisi, améliore simultanément la cicatrisation. Dans ce sens, les aérogels et les cryogels sont des matériaux attrayants car ils présentent une haute porosité (≥ 90%) qui est ouverte et interconnectée. Les structures sont obtenues en retirant le solvant de gels, soit par séchage au CO2 supercritique pour préserver la structure, ce qui donne des « aérogels », soit par lyophilisation pour obtenir des matériaux poreux nommés « cryogels », constitués de macropores. Avec l’objectif de développer un pansement pour plaies chroniques, le chitosane, qui est un polymère naturel, a été choisi dans ces travaux pour ses propriétés uniques. Alors que la plupart des matériaux utilisés dans des pansements jouent un rôle passif dans la cicatrisation, le chitosane possède des propriétés antimicrobiennes et participe à la cicatrisation à travers plusieurs mécanismes tels que l’amélioration de l’hémostase et un meilleur remodelage au cours des phases inflammatoire et proliférative. De plus, il peut être utilisé comme support avec de nombreux principes actifs pour la cicatrisation. Le chitosane poreux est déjà utilisé dans le domaine biomédical en tant que pansement hémostatique en cas de situations léthales mais pas encore pour des traitements de plaies à moyen ou long terme. Malgré l’intérêt porté aux aérogels de chitosane pour une application biomédicale, aucun de ces derniers n’est actuellement commercialisé à notre connaissance. L’objectif de ces travaux est de définir une gamme de propriétés à viser et ensuite de comprendre la corrélation entre le procédé et la structure et propriétés finales du matériau, afin de développer un matériau poreux avec des caractéristiques adaptées à la cicatrisation des plaies. A cette fin, suite à une étude de la littérature, ce manuscrit décrit l’étude de la cinétique de coagulation de solutions de chitosane, étape importante du procédé qui permet d’obtenir un gel à partir d’une solution, et propose un modèle de prédiction de l’évolution des propriétés mécaniques du gel lors de la coagulation à partir de données optiques. Dans un second temps, l’influence des paramètres du procédé sur la morphologie et les propriétés des matériaux poreux finaux est détaillée. Enfin, les aérogels et cryogels de chitosane optimisés sont évalués in vitro en rapport avec l’application via des études de chargement et de libération de principes actifs, en mettant l'accent sur l’impact de ces derniers sur la production de collagène.

Mots-clés : Aérogel, cryogel, chitosan, matériaux poreux, libération contrôlée de principe actif, pansements pour plaies

Ilusca Soares Janeiro soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 30 juin 2023

Évolutions des précipités de phase γ' au cours des opérations de forgeage de l’alliage René 65

Ilusca Soares Janeiro a effectué sa thèse de doctorat sous la direction de Nathalie Bozzolo, équipe MSR, et de Jonathan Cormier, Institut Pprime. Elle soutient sa thèse en spécialité doctorale "Mécanique Numérique et Matériaux" le 30 juin 2023 devant le jury suivant : 

Résumé : 

Mots-clés : superalliage base nickel, microstructure y-y', précipitation γ', forgeage à chaud, recristallisation

Tianqi Huang soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 28 juin 2023.

Caractérisation et modélisation du comportement mécanique de PE-vitrimères.

Tianqi Huang a réalisé sa thèse sous la direction de Jean-Luc Bouvard, équipe MPI, et de Yannick Tillier, équipe CSM. Il soutient sa thèse de doctorat en spécialité doctorale "Mécanique Numérique et Matériaux" le 28 juin 2023 devant le jury suivant :

Résumé :

Dans cette thèse nous nous intéressons à la caractérisation du comportement de plusieurs matériaux polymères basés sur le polyéthylène. Afin d’évaluer notamment leurs propriétés de recyclage, nous comparons, avant et après vieillissement, les comportements de plusieurs vitrimères (avec des taux de réticulation différents) à ceux d’un polymère thermoplastique (HDPE) et d’un polymère thermodurcissable (PEXb). Le but étant de mieux appréhender la relation entre la microstructure et les propriétés de ces matériaux, une modélisation de ces comportements a également été proposée à l’aide d’un modèle physique. Ses paramètres ont pu être identifiés grâce aux nombreuses observations expérimentales réalisées à différentes échelles : la structure cristalline (échelle microstructurale) a été caractérisée par DSC et rayons X, les propriétés dynamiques (échelle mésoscopique) grâce à des essais de DMTA et à une analyse rhéologique, et le comportement mécanique (échelle macroscopique) grâce à des essais de traction et de fluage. Les conditions d’essais pour caractériser le comportement mécanique en grande déformation ont été choisies en suivant la méthodologie dite « de la vitesse de déformation équivalente à une température de référence » (prise à la température de transition α). L’effet dual de la température et de la vitesse de déformation est ainsi pris en compte. A l’état initial (non-vieilli), le taux de cristallinité évolue peu entre les différents types de polymères. En revanche, l’épaisseur des lamelles cristallines et les propriétés viscoélastiques sont très dépendantes du type de polymère étudié. L’application de l’équivalence temps-température (validée ici y compris dans le cas de grandes déformations), en-dessous de la température de fusion, a conduit à une courbe maîtresse unique pour les différents polymères de l’étude. Ce n’est pas le cas au-delà de cette température où seuls les vitrimères et le PEXb présentent un plateau caoutchoutique. Pour le HDPE et le vitrimère, le protocole de vieillissement entraîne une scission des chaînes qui conduit à une diminution du poids moléculaire (Mw). Cela impacte directement les propriétés observées en DMTA ainsi que le comportement mécanique en grande déformation. Pour le vitrimère et le PEXb, l’effet du vieillissement se fait ressentir plus tard que pour le HDPE lors d’un essai de fluage. Mais contrairement au PEXb, cet effet peut être effacé dans le cas du vitrimère en le chauffant au-delà de la température de transition α’. Enfin, le modèle utilisé permet de reproduire les comportements mécaniques observés expérimentalement pour chaque type de PE et démontre ainsi sa capacité à prendre en compte les spécificités des différents réseaux de chaînes qui les caractérisent. En conclusion, les matériaux vitrimères montrent des propriétés thermomécaniques globalement proches de celles du HDPE et du PEXb mais se démarquent de ce dernier grâce à leur haut potentiel de recyclage.

Mots-clés : Vitrimère, Microstructure, Equivalence temps-température, Comportement mécanique, Vieillissement, Modélisation

Théophile Camus soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 23 mai 2023.

Modélisation des microstructures générées en fabrication additive par procédé LPBF d'un alliage base nickel

Théophile Camus a réalisé sa thèse dans l'équipe 2MS, sous la supervision de Charles-André Gandin, Gildas Guillemot et Oriane Senninger. Il soutient sa thèse de doctorat en spécialité doctorale "Mécanique Numérique et Matériaux" le 23 mai 2023 devant le jury suivant :

Résumé :

Le procédé de fusion laser sur lit de poudre (LPBF) permet de produire des pièces métalliques à géométries complexes et à forte valeur ajoutée. Son principe repose sur la fusion sélective, à l'aide d'un laser, de lits de poudre empilés successivement. Les principales applications de ce procédé de fabrication additive concernent les domaines de l’aéronautique et de l’aérospatiale, pour lesquels des pièces en superalliage à base nickel Inconel 718 sont fréquemment produites. La maîtrise des propriétés mécaniques des pièces issues du procédé LPBF est donc primordiale. Celles-ci dépendent fortement des microstructures générées au cours des solidifications successives se produisant aux différentes couches de fabrication. Elles mêmes sont liées aux conditions thermiques au cours de la solidification, directement influencées par les paramètres de procédés tels que la puissance laser, sa vitesse, ou ses trajectoires sur le lit de poudre. Afin de maîtriser les propriétés mécaniques, il est nécessaire de contrôler le développement des microstructures des pièces fabriquées en travaillant sur les paramètres de fabrication. Dans le cadre de ces travaux de recherche, un modèle thermohydraulique éléments finis du lasage d'un lit de poudre est employé pour décrire le comportement thermique en fonction des paramètres de procédé, et un modèle Automate Cellulaire est utilisé pour la prédiction des structures de grains. Le modèle thermique étant très coûteux en en temps de calculs, une nouvelle méthodologie hybride est développée pour bénéficier du champs de température stationnaire obtenue par simulation multiphysique, sur des fabrications multipasses multicouches. L'avantage est d'atteindre une grande taille du domaine de simulation des microstructures tout en profitant d'une solution numérique complète du procédé à l'échelle du bain de fusion.  Appliqués à des paramètres procédé différents, il est possible de mesurer l'influence de chaque paramètre sur les microstructures formées dans des volumes élémentaires représentatifs. Ainsi, la compréhension de la formation des microstructures en LPBF est améliorée grâce à ces modèles.

Mots-clés : Microstructures, Modélisation, Fabrication additive, Fusion laser sur lit de poudre, Solidification, Inconel 718

Structure de grains obtenue par modélisation Automate Cellulaire du procédé LPBF dans un volume élémentaire représentatif