Sortie du livre Thermodynamique & cinétiques de cristallisation des polymères

29 janvier 2023

"Thermodynamique et cinétiques de la cristallisation des polymères" de Jean-Marc Haudin vient de paraître chez Lavoisier, dans la collection "Science et Ingénierie des Matériaux".

Ce nouvel ouvrage est le complément utile d'un premier "Structure et morphologie des polymères" publié chez le même éditeur en 2020 (Cf. actualité 2020).
 
Son objectif : présenter les modèles théoriques qui permettent d'expliquer le développement de la cristallinité et des morphologies cristallines dans les polymères. Ainsi sont d'abord présentés le formalisme thermodynamique adéquat, la théorie classique de la germination et son application aux polymères, puis une théorie de la croissance adaptée aux spécificités des cristaux polymères.
 
L'ouvrage s'articule en 9 chapitres :
 
  • Chapitre 1 : Thermodynamique de la cristallisation et de la fusion. Application aux polymères
  • Chapitre 2 : Théorie classique de la germination
  • Chapitre 3 : Germination des cristaux polymères
  • Chapitre 4 : Croissance des cristaux polymères
  • Chapitre 5 : Cinétique globale de cristallisation. Les approches d’Avrami et d’Evans
  • Chapitre 6 : Traitement pratique des cinétiques de cristallisation isotherme ou anisotherme
  • Chapitre 7 : Cinétique globale de cristallisation dans un milieu confiné.
  • Chapitre 8 : Le traitement de la transcristallinité
  • Chapitre 9 : Caractère universel et théorie générale de la cristallisation sphérolitique
 
 
 
 
Jean-Marc Haudin est ajourd'hui Professeur émérite à Mines Paris, conseiller scientifique du CEMEF après une carrière dédiée aux polymères. De 1974 à 2006, il a dirigé l'équipe de recherche "Cristallisation et Etudes Structurales des Polymères" au CEMEF. Il a été également responsable du Mastère Spécialisé 'Matériaux et Mise en Forme" ainsi que de la spécialité doctorale "Sciences et Génie des Matériaux".
 
 

Soutenance de thèse d’Aakash Patil

1 février 2023

Aakash Patil soutient sa thèse de doctorat en Mathématiques Numériques, Calcul Intensif et Données le 1 février 2023

Modélisation de la turbulence dans les fluides assistée par l'apprentissage profond
 
 
Aakash Patil a réalisé sa thèse sous la direction d'Elie Hachem et Jonathan Viquerat de l'équipe CFL. Il soutient sa thèse de doctorat en Mathématiques Numériques, Calcul Intensif et Données le 1er février 2023 devant le jury suivant :
Gianluigi Rozza, SISSA, Trieste, Italie
Paola Cinnela, Sorbonne Université
Ricardo Vinuesa, KTH Stockholm, Suède
Elie Hachem, Mines Paris – PSL
Jonathan Viquerat, Mines Paris – PSL
 
 
Résumé :
Malgré plusieurs avancées dans les ressources expérimentales et informatiques, et malgré les progrès des procédures théoriques et mathématiques pour aborder la fermeture des équations de Navier-Stokes, la turbulence reste un problème non résolu même après 200 ans de recherche continue. D'autre part, l'intelligence artificielle et les technologies connexes font des progrès rapides dans plusieurs domaines de la science et de l'ingénierie, nous aidant à résoudre efficacement les problèmes de modélisation et à découvrir de nouveaux phénomènes physiques. Le présent travail tente de combiner ces deux branches et d'explorer si les machines computationnelles peuvent être utilisées pour étudier efficacement la turbulence dans les fluides, et peut-être un jour nous aider dans la découverte des lois universelles manquantes. L'apprentissage profond est utilisé pour apprendre la modélisation de la turbulence et une méthode basée sur les patchs est proposée pour un apprentissage robuste. L'apprentissage de la turbulence à l'échelle de la sous-grille à partir des grandes échelles résolues est démontré, de même que l'étude de l'effet des méthodes de raffinage grossier et des raffinements successifs.  L'apprentissage spatio-temporel des flux turbulents est proposé pour apprendre les instantanés temporels et des simulations a posteriori sont effectuées.
 
 
Mots-clés : Turbulence, Apprentissage, Modélisation
 
 
 

Parution de Structure et morphologie des polymères, de la macromolécule au sphérolite de Jean-Marc Haudin

14 octobre 2020

"C'est une mise par écrit (partielle) de 50 ans d'enseignement" dit Jean-Marc Haudin !

Parution de Structure et morphologie des polymères, de la macromolécule au sphérolite de Jean-Marc Haudin

Il est courant de dire que les propriétés d’un matériau dépendent de sa structure. Le but de l’ouvrage est d’expliciter le concept de structure dans le cas d’un polymère semi-cristallin. Ainsi sont décrites la structure moléculaire, héritée de la synthèse chimique, la structure conformationnelle, organisation spatiale de la macromolécule, la structure des états amorphe et cristallin, avec respectivement absence d’ordre à grande distance ou au contraire organisation périodique de la matière dans les trois directions de l’espace, et enfin la structure morphologique ou morphologie, description des cristaux et arrangements de cristaux et de phase amorphe. Le lecteur est ainsi emmené de l’atome au sphérolite.
 
Sans méconnaître les apports de la chimie et de la physico-chimie, l’ouvrage a été rédigé dans un esprit Science des Matériaux. Les aspects concernant l’état cristallin y sont présentés de façon soignée et rigoureuse. L’ouvrage permettra aux étudiants, chercheurs, ingénieurs dans le domaine des polymères d’acquérir des connaissances générales sur les polymères semi-cristallins, mais également d’approfondir certains thèmes tels les propriétés optiques des sphérolites. Il sera également utile pour les métallurgistes ou les spécialistes d’autres matériaux souhaitant élargir leur champ de compétences, en pratiquant la « fertilisation croisée ».
 
Voici le plan de l'ouvrage :
 
Chapitre I : Structure moléculaire des polymères
Chapitre II : Structure conformationnelle des polymères. L’état amorphe
Chapitre III : L’état cristallin
Chapitre IV : Diffraction des rayons X et des électrons
Chapitre V : L’état cristallin des polymères
Chapitre VI : Cristaux polymères
Chapitre VII : Sphérolites de polymères 
Chapitre VIII : Propriétés optiques des sphérolites de polymères 
 
Le livre est édité par Lavoisier dans la collection Science et ingénierie des matériaux. 
>> En savoir plus, lire des extraits, acheter l'ouvrage sur le site de Lavoisier
 
 
 
Jean-Marc Haudin, est Professeur émérite à l’École des Mines de Paris.
De 1974 à 2006, il a dirigé le groupe de recherche «Cristallisation et Etudes Structurales des Polymères» du CEMEF.
Il a été responsable du Mastère Spécialisé en Matériaux et mise en forme et de la Spécialité Doctorale Sciences et génie des matériaux.
Il est actuellement conseiller scientifique au CEMEF
 
 
 
 
 
 

Soutenance de thèse de Ghaniyya Medghoul

16 janvier 2023

Ghaniyya Medghoul soutient sa thèse de doctorat en Mathématiques Numériques, Calcul Intensif et Données le 16 janvier 2023

Estimation d'erreur a posteriori et contrôle adaptatif des solveurs itératifs en éléments finis avec adaptation de maillage: application au processus de trempe

Ghaniyya Medghoul a réalisé sa thèse sous la direction d'Elie Hachem et Aurélien Larcher de l'équipe CFL. Elle soutient sa thèse de doctorat en Mathématiques Numériques, Calcul Intensif et Données le 16 janvier 2023 devant le jury suivant :

– Nissrine Akkari, SafranTech, rapporteur

– Joan Baiges, Université Polytechnique de Catalogne, Espagne, rapporteur

– Alvaro Coutinho, Université Fédérale de Rio de Janeiro, Brésil, rapporteur

– Aurélien Larcher, CEMEF Mines Paris – PSL

– Elie Hachem, CEMEF Mines Paris – PSL

 

Résumé :

La trempe est un processus de traitement thermique utilisé afin de modifier les propriétés mécaniques des pièces métalliques forgées, moulées ou encore soudées. L'idée consiste à chauffer une pièce pour modifier sa microstructure , ainsi que certaines de ses propriétés, telles que la dureté, la résistance et la ténacité. La pièce est ensuite refroidie dans un milieu (eau, huile, solution à base de polymère ou air) propre au matériau ainsi qu'aux propriétés attendues.
Aujourd'hui avec l'amélioration des puissances de calcul, la simulation numérique de ce processus devient un outil indispensable afin de prédire les phénomènes physiques caractérisants ce processus tel que la température et la vitesse de refroidissement. En effet ces derniers sont des facteurs essentiels dans la détermination des propriétés finales du matériau. La simulation numérique s’avère ainsi être un excellent outil pour comprendre et optimiser ces résultats.
Néanmoins, la simulation de tels phénomènes pose des difficultés scientifiques puisque la résolution implique des temps de calcul très conséquents malgré l'utilisation de ressources informatiques importantes.
Cette thèse s'intéresse à la résolution de problèmes complexes couplant écoulements et transferts thermiques. L'objectif est de fournir un critère d'arrêt adaptatif général pour chaque solveur itératif utilisé afin de réduire le nombre d'itérations et le temps de calcul. Ces critères sont basés sur les estimateurs d'erreurs a posteriori calculés au niveau des arêtes du maillage en utilisant des procédures de reconstruction. Les estimateurs, quant à eux, sont initialement utilisés dans le processus d'adaptation de maillage anisotrope pour raffiner le maillage localement au niveau des quantités d'intérêt. Ils permettent de mesurer la qualité de la solution numérique approchée en donnant des bornes supérieurs entièrement calculables sur l'erreur entre la solution exact et la solution approchée.
Nos tests numériques mettent en évidence, d'un part,  la précision des estimateurs utilisés et, d'autre part, la réduction en terme d'itérations et coût de calcul, ce qui témoigne des performances de la méthode adaptative proposée. Enfin, le cadre numérique a été validé par des confrontations aux résultats expérimentaux fournis par nos partenaires industriels.
 

Mots-clés : Estimation d'erreur a posteriori, critère d'arrêt, Modélisation CFD, Adaptation de maillage anisotrope, opérateurs d'interpolations, éléments-finis stabilisés

 

Soutenance de HDR de Romain Castellani

11 janvier 2023

Romain Castellani soutient son Habilitation à Diriger des Recherches le 11 janvier 2023

Rhéologie et physique des fluides dans les procédés de mise en forme de composites et les suspensions

Romain Castellani est ingénieur de recherche dans l'équipe CFL. Il soutient son Habilitation à Diriger les Recherches le 11 janvier 2023 au CEMEF.

Romain présentera ses travaux sur la "Rhéologie et physique des fluides dans les procédés de mise en forme de composites et les suspensions" devant le jury suivant :

– MAJESTE Jean-Charles, Université Jean Monnet St Etienne, rapporteur
– FULCHIRON René, Université Claude Bernard Lyon 1, rapporteur
– VILLE Julien, Université de Bretagne Occidentale, rapporteur 
– BERZIN Françoise, Université de Reims
– EL KISSI Nadia, Université Grenoble Alpes 
– LEMAIRE Elisabeth, Université Côte d’Azur, invitée
– VERGNES Bruno, Mines Paris – PSL, invité
– POULESQUEN Arnaud, CEA Marcoule, invité
– MARCHAL Philippe, Université de Lorraine, invité
 

Soutenance de thèse d’Emile Hazemann

19 décembre 2022

Emile Hazemann soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 19 décembre 22.

Etude d'apparition de grains recristallisés dans les superalliages base nickel monocristallins pour application aux aubes de turbine

Emile Hazemann a réalisé sa thèse sous la direction de Charles-André Gandin, Michel Bellet et Yancheng Zhang (équipe 2MS) et de Karim Inal (équipe PSF). Il soutient sa thèse de doctorat en spécialité doctorale "Mécanique Numérique et Matériaux" le 19 décembre 2022 devant le jury suivant :
 

– M. Jonathan CORMIER, Institut P' CNRS-Université de Poitiers-ISAE ENSMA

– M. Carl LABERGERE, Université de Technologie de Troyes
 
– Mme Virginie JAQUET, Safran Aircraft Engines 
 
– M. Roland FORTUNIER, Ecole Nationale d'Ingénieurs de Saint Etienne
 
– Mr Charles-André Gandin, CEMEF Mines Paris – PSL
 
– Mr Michel Bellet, CEMEF Mines Paris – PSL
 
– Mr Karim Inal, CEMEF Mines Paris – PSL
 
– Mr Yancheng Zhang, CEMEF Mines Paris – PSL

 

Résumé 

Dans les travaux présentés, on s’intéresse à formation de grains recristallisés dans les aubes de turbine monocristallines en superalliage base nickel. La présence de ces grains, fortement désorientés par rapport à la matrice monocristalline, est rédhibitoire car elle diminue de manière drastique les propriétés mécaniques de la pièce. La germination de ces grains résulte d’une part de l’introduction d’une déformation de la matière, lors de sa solidification et de son refroidissement dans le moule de coulée et d’autre part, du traitement thermique subséquent. Afin de prédire la germination et la croissance de grains recristallisés dans une aube, il est fondamental d’identifier 1) le comportement mécanique de l’alliage pendant son refroidissement lors de l’étape de coulée et 2) un critère de recristallisation à partir de l’état mécanique de la matière. Les travaux de thèse s’articulent autour de ces deux axes, spécifiquement pour le cas du CMSX-4, superalliage base nickel de deuxième génération. Dans le premier axe de recherche, on identifie le comportement du CMSX-4 brut de fonderie avec une loi élastoviscoplastique phénoménologique à partir d’essais de traction-relaxation et de simulations par la méthode des éléments finis. Le modèle identifié intègre l’anisotropie du monocristal, pour la gamme de températures et les vitesses de déformations caractéristiques du procédé de fonderie. Les paramètres de la loi de comportement sont identifiés par analyse inverse, à partir d’essais de traction-relaxation à trois cycles, pour une température de consigne constante, sur des éprouvettes monocristallines en CMSX-4 dont la direction de traction est alignée aux directions cristallographiques <001>, <110> et <111>. Les essais sont réalisés sur un équipement de traction à chauffage résistif, en utilisant une instrumentation sans contact (pyromètre bichromatique et corrélation d’images). Dans le deuxième axe de recherche, on s’intéresse à reproduire les chargements thermomécaniques de zones critiques vis-à-vis de la recristallisation dans une aube pendant la solidification et le refroidissement. Ces chemins sont reproduits via des essais de traction à différentes rampes de chargement et une vitesse de refroidissement constante, pour différentes orientations d’éprouvettes brutes de fonderie. Les éprouvettes subissent ensuite un traitement thermique d’homogénéisation standard pour révéler ou non la présence de grains recristallisés. Les chemins thermomécaniques anisothermes sont ensuite modélisés avec le comportement identifié dans le premier axe de recherche, dans le but d’identifier un critère de recristallisation.
 

Mots-clés : Recristallisation, Comportement mécanique, Alliage base Nickel, Microstructure, CMSX-4, Modélisation

Microstructure recristallisée après sollicitation en traction d'une éprouvette monocristalline en CMSX-4 à environ 1290°C et d'un traitement thermique d'homogénéisation à 1300°C pendant 19h.