Feng Gao soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 27 juillet 21

Développement d'essais de caractérisation mécanique à très haute température avec instrumentation sans contact. Application à l'identification par analyse inverse du comportement du superalliage base nickel In718 en condition de fabrication additive par le procédé L-PBF

Feng Gao a réalisé sa thèse  dans l'équipe 2MS sous la supervision de Michel Bellet et Yancheng Zhang dans le cadre d'un projet avec le China Scholarship Council et Safran. Feng Gao soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 27 juillet 2021 devant le jury suivant :

– M. Philippe Dal SANTO,  Professeur des universités Arts et Métiers ParisTech,

– M. Daniel NELIAS,  Professeur des universités INSA Lyon

– Mme Yuanyuan LU,  Associate professor Beihang University

– M. Jean-Michel BERGHEAU,  Professeur des universités École nationale d'ingénieurs de Saint-Étienne

– M. Bruno MACQUAIRE, Ingenieur de recherche, Safran Additive Manufacturing

Résumé :

Un modèle de comportement mécanique, reliant déformations et forces internes à haute température, a été caractérisé pour un alliage à base de nickel, imprimé en 3D. Les évolutions des champs de température, de déplacement, et de la force lors de tests de traction-relaxation ont été mesurées sur une machine développée spécifiquement. Une simulation numérique des essais a été développée. Une approche d'analyse inverse a alors permis d'identifier les paramètres du modèle de comportement, a priori inconnus, en minimisant l'écart entre les prédictions numériques et les mesures. Cette minimisation a permis d'obtenir un très bon accord, traduisant la pertinence du modèle proposé. L'impression 3D induit par ailleurs une anisotropie mécanique : il a été constaté qu'elle évoluait avec la température et cet effet a été caractérisé. La loi de comportement complexe issue de ce travail peut être utilisée dans les logiciels de simulation numérique des procédés d'impression de l'alliage étudié, pour prédire les défauts potentiels (distorsions, fissurations) et ainsi optimiser l'impression 3D de cet alliage, très utilisé dans l'industrie aéronautique et spatiale.

Mots-clés : Caractérisation; Modèle constitutif; Anisotropie; Optimization; Simulation numérique; Fabrication additive

Alexis Queva soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 19 juillet 21

Simulation numérique multiphysique du procédé de fusion laser de lit de poudre – Application aux alliages métalliques d'intérêt aéronautique

Alexis Queva a effectué sa thèse dans l'équipe 2MS sous la supervision de Michel Bellet et Gildas Guillemot dans le cadre d'une collaboration avec SAFRAN. Alexis Queva soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 19 Juillet 2021 devant le jury suivant (sous réserve de l'avis des rapporteurs) :

Résumé :

Le procédé de fusion laser de lit de poudre (LPBF) appliqué aux matériaux métalliques permet de fabriquer des pièces à partir de la fusion sélective de couches de lit de poudre empilées successivement. Ce procédé innovant permet la fabrication de pièces complexes plus légères comme les structures fines (lattice) et donc plus performantes. Cependant, l'exploitation de cette technologie, notamment dans le domaine de l'aéronautique, est limitée par la multitude de paramètres procédé et de phénomènes physiques complexes ne permettant pas sa maîtrise complète. Plus précisément, il est nécessaire de mieux comprendre les mécanismes ayant lieu lors de l'interaction laser-matière puisqu'ils conditionnent les transferts thermiques et la dynamique du bain de fusion. Dans le cadre de ces travaux de recherche, un modèle multiphysique du procédé LPBF appliqué aux matériaux métalliques, sur la base de précédents développements dans le cadre des matériaux céramiques, est proposé. Ce modèle éléments finis est développé à l'échelle du bain de fusion où le lit de poudre est modélisé comme un milieu continu équivalent, offrant un très bon compromis entre temps de calcul raisonnable et fidélité de modélisation. La méthode Level Set est utilisée afin de suivre le déplacement de l'interface entre le domaine métallique et le gaz protecteur. Les phénomènes liés à la vaporisation partielle du bain liquide tels que la perte d'énergie et la force de recul, sont introduits dans le modèle afin d'avoir une description fine de leurs conséquences sur les transferts thermiques ainsi que la dynamique du bain. Ces implémentations ont été validées dans le cadre d'un benchmark collaboratif. Le modèle permet la simulation de la fabrication de monocordons, cordons juxtaposés (draps) jusqu'à la fabrication de quelques couches. Le modèle démontre qu'il est capable de prédire l'influence de paramètres procédé tels que la puissance du laser, la vitesse de scan, le diamètre du faisceau laser, de la stratégie de construction ainsi que des propriétés matériau sur les transferts thermiques, la dynamique du bain et la morphologie des zones fondues. Le modèle a été validé sur de multiples configurations (monocordons, draps, multicouches), soulignant l'intérêt de ce type d'approche numérique pour mieux comprendre l'influence des paramètres procédé sur l'interaction laser-matière. Au final, le modèle permet la détermination de fenêtres de fabricabilité garantissant une bonne santé matière.

Étude de sensibilité du modèle numérique aux propriétés du matériau lors de la fabrication de 4 cordons juxtaposés (stratégie de fabrication unidirectionnelle) où les deux matériaux comparés sont (gauche) le superalliage base nickel IN718 et (droite) l'alliage base titane TA6V. (haut) Vue de dessus où les isothermes en noire représentent les températures de solidus et de liquidus des matériaux étudiés et (bas) vue sur une section transverse où la zone fondue est délimitée en noire. 

Mots-clés : Fabrication additive – Modélisation – Level Set – Vaporisation – Bain de fusion

Gabriel Manzinali soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 16 juillet 2021

"Contrôle adaptatif des solveurs itératifs dans un cadre éléments finis avec adaptation de maillage, pour la simulation CFD des procédés industriels"

 Gabriel Manzinali a réalisé sa thèse dans l'équipe CFL sous la direction d'Elie Hachem, de Youssef Mesri et d'Aurélien Larcher. Gabriel soutient sa thèse en Mécanique Numérique et Matériaux le 16 juillet 2021 devant le jury suivant :

Le but de ce travail est de proposer un critère d'arrêt pratique et général utilisant une approche a posteriori, qui s'appuie sur les estimations d'erreurs disponibles à partir de la procédure d'adaptation de maillage. Ce critère d'arrêt doit être robuste et applicable aux différents types d'équations utilisées pour décrire la physique complexe impliquée dans un problème de transfert de chaleur conjugué. L'objectif final est de prouver qu'avec un tel critère d'arrêt, il est possible de réduire drastiquement le temps CPU requis pour la résolution du système linéaire qui viens de la discrétisation par éléments finis.

 

 

 

 

Mots-clés : solveur linéaire, adaptation maillage anisotrope, estimateur d’erreur, erreur algébrique

 

 

 

 

Le parcours d'une curieuse infatigable

Suzanne Jacomet fait partie des personnalités de ce labo. Arrivée aux débuts sophipolitains du centre, elle y a fait toute sa carrière. C’est en février 1977 qu’elle est recrutée par Pierre Avenas, Directeur CEMEF, qui avait emmené les troupes parisiennes vers Sophia Antipolis. Après des études de mathématiques et sciences physiques à la Faculté de Nice, elle envoie sa candidature spontanée. Elle sera embauchée, d’abord sur Armines, un an, avant de passer le concours de technicienne de laboratoire sur statut public. 

 

 

Ses débuts : la plasticine, un merveilleux apprentissage

 

« J’ai appris des choses pendant toute ma carrière »

 

Je suis arrivée, je ne connaissais absolument rien en mise en forme des matériaux. J’ai commencé par travailler en plasticine avec Jean Duriau, le responsable BEAS (MEA actuellement). Le laboratoire de plasticine était important. Il était installé au rez de chaussée du bâtiment C, il s’étendait sur toute la façade ouest du couloir.

 

Ce fut d’une pédagogie formidable. On faisait un travail qualitatif avec des pâtes à modeler de couleurs différentes pour visualiser les écoulements. On utilisait  des maquettes de machines réelles des procédés tels que laminage, filage, forgeage, pour mettre en forme les lopins. Les premières années, je travaille avec les doctorants : Henri-Jean Braudel (thèse en 1981) ; Pedro Vera-Castillon notre ami chilien (thèse en 1981) ; Marie-Claire Estivalet, (thèse en 1982) 1ère doctorante du CEMEF !

 

Il faut se rappeler qu’à l’époque, il n’y avait pas encore les PC. On disposait d’un gros ordinateur de calcul à cartes perforées au sous-sol du bâtiment B. Pour faire des mesures quantitatives de déformation, il fallait tout faire à la main : prendre les mesures à la règle, taper les cartes pour les donner à la machine qui nous sortait des immenses listings qu’il fallait dépouiller pour pouvoir tracer les courbes et les cartes de déformation. On n’obtenait pas les résultats comme cela, il y en avait des étapes avant de les avoir !

 

 

En haut à gauche, pièce réelle, à droite, pièce simulée en plasticine. En bas à gauche, résultats après mesures de déformation plasticine. A droite, calcul Forge2

 

 

Avec les évolutions informatiques, les mesures quantitatives deviennent plus faciles et au milieu des années 80, la plasticine sert à valider les modèles numériques de Forge2, (thèse de Gilles Surdon – 1986). La dernière étude plasticine date des années 2000, avec la thèse de Jean-Manuel Ruppert (thèse soutenue en 2002). Nous avons travaillé pour la validation 2D et 3D du filage de soupape et sur les aubes de compresseur d’avion. 

 

 

Plasticine, métallographie, analyse d’images, la triple casquette

 

Durant les années 80, l’activité plasticine était d’intensité  inégale, ce qui me laissait un peu de temps pour aller voir, par curiosité, ce que les jeunes chercheurs, faisaient aussi en métallographie. C’est ainsi  que j’ai proposé de les aider en préparant les échantillons. Début 80, je débute avec Christian Perdix sur l’aluminium ; Gilles Regazzoni sur le cuivre et le tantale, (thèses en 1983), puis Yves Combres sur les alliages de titane et de Nickel (thèse en 1988). Michel-Yves Perrin ingénieur responsable permanent de cette activité, m’a formée et j’élargis mes compétences à l’observation et l’analyse des microstructures en microscopie optique et micro-dureté. Là encore, avec l’avancée de l’informatique, on voit arriver les premiers programmes d’analyse d’images. Le CEMEF acquière le logiciel Visilog sur lequel le centre de Morphologie Mathématiques de l’école participe. Je le prends en main au côté des doctorants, Herbert Grazini et Christian Dumont (thèses en 1991).

 

L’activité est lancée, je vais en assurer le suivi, le développement et la formation des nouveaux utilisateurs. Pendant les années 90, je partage mon temps entre ces  trois activités. Fin 90, on fait l'acquisition du logiciel de corrélation d'images "Aramis" (devenu Vic3D chez Christophe Pradille), maintenant) pour les besoin des études en cours, (Cf. thèse de Robert Knockaert – 2001) . Je suis désignée par Jean-Loup pour prendre en charge cette activité également. Je me forme et j’assure la mémoire des études dans ce domaine jusqu’en 2005.

 

Les années 2000, le tournant

 

Concours de circonstances ? On pourrait le croire mais avec le caractère de Suzanne, toujours prête à s’investir dans de nouvelles aventures, on se dit que qu’elle aurait évolué quelle que soit la situation.

 

En 2005, l’arrivée de Bernard Triger, technicien de la DRIRE, redistribue les cartes. Il est intéressé par la métallographie. Je le forme et de mon côté, j’ai envie d’autre chose. Depuis le début des années 2000, l’EBSD (technique d’analyse associée à la microscopie à balayage) prend de l’ampleur. Michel-Yves Perrin qui en a la charge au CEMEF, m’initie en prévision de son départ à la retraite, en parfait accord avec mes supérieurs hiérarchiques. En 2005, je consacre de plus en plus de temps au MEB. 

 

Cette même année, une platine chauffante innovante, conçue et développée par Alain Le Floc’h et l’équipe MEA, est finalisée.  On peut voir les évolutions microstructurales pendant le traitement thermique « in situ » dans la chambre du MEB. C’est passionnant, car les caractéristiques de cette platine place le CEMEF en leader en France. Je m’investis dans les protocoles de montage des échantillons, les tests de faisabilité ; les essais sont validés avec les thèses de Marie Houillon (2009) et Benoît Gaudout (2009). Nathalie Bozzolo arrivée à cette période, participe à la valorisation scientifique de cette innovation avec la parution des premières publications en ce domaine.  J’assure ensuite les différentes missions : développement, assistance aux étudiants et suivi des études. Je me laisse aussi très agréablement entrainer par Monique Repoux dans les colloques du GNMEBA et les écoles d’été qui complètent ma formation en MEB. A son départ  à la retraite en 2009, je reprends la totalité des activités MEB sur matériaux non métalliques et métalliques et les techniques d’analyse qui y sont associées EDS et EBSD. 

 

 

Carte EBSD d'alliage de Titane

 

Au début, je gérais un seul MEB (le XL30 démonté cette année). Puis, sont arrivés : le SUPRA40 (2010), le FERA3D (2018) dont je me suis occupée avant l’arrivée d’Alexis Nicolaÿ sur le poste, enfin le MAIA (fin 2019). Pendant toutes ces années, j’ai assuré la formation des utilisateurs (une cinquantaine par an), les observations ponctuelles (des aérogels, aux alliages métalliques), les expertises pour les extérieurs (labos académiques et industriels), et les relations avec les constructeurs. 

Mais ce n’est pas tout !

 

On pourrait penser que les activités de Suzanne s’arrêtent là, ce qui serait déjà largement bien. Mais non, Suzanne s’investit également dans les questions sociales.

 

Je suis entrée dans l’action sociale un peu par hasard. Le ministère de l’industrie m’appelle un jour : mon nom a été tiré au sort pour participer aux CAP (car il n’y avait pas de candidat sur  les listes syndicales de ma catégorie). J’accepte la mission (dans le milieu des années 90), j’y fais de belles rencontres notamment Françoise Di Rienzo. Au labo, Alain Le Floc’h représentant CFDT m’entraine dans les diverses commissions de l’Ecole en qualité de suppléante. Je découvre l’ampleur de l’institution, je m’investis de plus en plus et devient titulaire. J’avoue que cela m’a permis d’acquérir une connaissance de l’école et son fonctionnement que je n’avais pas du tout. Cela a été une ouverture très intéressante. 

 

Une carrière inspirante 

 

« Ma carrière s’est construite principalement autour des doctorants ».

 

En qualité de permanente, je me suis attachée à « capitaliser les connaissances » qu’ils développent durant leur court passage au CEMEF, pour les enrichir et les faire évoluer, afin de les faire passer aux nouveaux.

 

Des besoins particuliers d’études scientifiques m’ont permis de découvrir de nouveaux horizons et de nombreux interlocuteurs internes et externes passionnants. Je pense à mes collègues de l’Observatoire de Nice, du CEPAM mais il y en a plein d’autres qui m’ont donné l’occasion de travailler dans des champs d’applications très éloignés de ceux du CEMEF. Cela m’a apporté satisfaction et enrichissement. J’ai passé 44 ans au même endroit mais je n’ai jamais ressenti de routine. J’ai eu une carrière qui n’a pas été figée, j’ai évolué et appris sans cesse.

 

Si j’ai un conseil à donner : soyez curieux, sortez de vos habitudes, ne vous enfermez pas dans la routine, allez voir ce qui se fait dans le bureau d’à côté.

 

Je dois ajouter que j’ai également eu de la chance de pouvoir progresser sur le plan statutaire, jusqu’à la fin de ma carrière. En 2005, je me lance dans une VAE avec l’université de Nice-Sophia Antipolis, qui me permet d’obtenir un diplôme de Master 2 en avril 2007. Et, cerise sur le gâteau, un poste d’ingénieure de l’industrie et des Mines fin 2007.

 

Mon CEMEF ressemble à cela :

 

• L’enthousiasme des jeunes doctorants 
• Des possibilités d’évoluer sans cesse
• Des contacts privilégiés avec tous

 

Et après ?

 

Je vais prendre « du temps pour moi » pour lire, faire les activités physiques et manuelles que j’aime, m’occuper de ma petite fille. 

 

Nous ne pouvons terminer qu’en remerciant Suzanne Jacomet pour tout ce qu’elle a apporté au CEME, à ses collègues et aux étudiants qui ont eu la chance de la côtoyer. Merci à elle pour sa constante bonne humeur, son enthousiasme qui n’a jamais faibli, sa disponibilité sans failles. Sa curiosité et sa passion vont maintenant s’épanouir dans de nouveaux horizons que nous lui souhaitons très heureux.  

 

 

 

 

 

30ème colloque national "Déformation des Polymères Solides"

DEPOS 30 aura lieu à La Napoule, Alpes-Maritimes du mardi 28 septembre au vendredi 1er octobre 2021. Le colloque est organisé par le CEMEF avec le soutien de l’association ARMINES. 

• Relation microstructure – propriétés d’usage (mécanique, transport diffusif, électrique…)
• Procédés innovants et formulation dont fabrication additive
• Durabilité des matériaux (fatigue, environnement…)
• Changements d’échelle au sein des polymères vierges et renforcés
• Fonctionnalisation des polymères (greffage, réticulation…)
• Adhésion/collage
• Chargements complexes, chargements dynamiques
• Mécanismes d'endonmmagement et de rupture sous chargements thermomécaniques
• Recyclage – Revalorisation des déchets plastiques
• Modélisation multiphysique et simulation numérique

Les inscriptions sont ouvertes jusqu'au 23 août 21. 

> En savoir plus sur le site de DEPOS 30

Diego Uribe Suarez

"Combinaison d’éléments cohésifs et remaillage pour gérer la propagation arbitraire du chemin de fissure: des matériaux fragiles à l’analyse de fatigue thermique des petits corps du système solaire"

Diego Uribe Suarez a réalisé sa thèse dans l'équipe CSM sous la supervision de Pierre-Olivier Bouchard et Daniel Pino Munoz (CEMEF) et de Marc Delbo, de l'Observatoire de la Côte d'Azur dans le cadre d'un projet de l'Université Côte d'Azur. Diego Uribe Suarez soutient sa thèse en Mécanique Numérique et Matériaux le 9 juillet 2021 devant le jury suivant :

Résumé :

Mots-clés : Propagation de fissure; Direction de croissance de fissure; Modèle à zone cohésive; Éléments cohésifs indépendants du maillage; Insertion dynamique; Techniques de remaillage; Astéroïde Bennu; Modèle thermoélastique; Croissance de fissure induite par la fatigue thermique