Coraline Chartier reçoit le 2ème prix poster de l’AFPM 2022

7 juin 2022

Félicitations à Coraline Chartier, doctorante de 3ème année.

Ses travaux de thèse ont été récompensés à la Conférence internationale AFPM 2022 par le 2ème prix poster. Elle a présenté ses avancées sur les applications pour le pansement des plaies par des aérogels et des cryogels de chitosan : Release of ascorbic acid 2-phosphate and dexamethasone phosphate from chitosan aerogels and cryogels in view of potential wound dressing applications.

La conférence "Advanced Functional Polymers for Medicine" s'est tenue à Sophia Antipolis du 1 au 3 juin. L'édition 2022 était organisée par Sytze Buwalda et Tatiana Budtova de l'équipe BIO.

La thèse de Coraline Chartier est en co-direction avec l'Institut de Biomolécules Max Mousseron de l'Université de Montpellier (Benjamin Nottelet et Hélène Van Den Berghe).

Coraline a déjà été primé pour ses travaux à la 4ème EPNOE Junior Scientist Meeting (Prix poster 2021).

Soutenance de thèse de Mehdi Roula

20 mai 2022

Ahmed Mehdi Roula soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 20 mai 22.

Mise en forme de tôles par procédé de fluotournage: vers une meilleure maitrise des géométries fluotournées

Ahmed Mehdi Roula a réalisé sa thèse dans l'équipe CSM. Il soutient sa thèse de doctorat en "Mécanique Numérique et Matériaux", sous réserve de l'accord des rapporteurs, le 20 mai 2022 devant le jury suivant :

– Prof. Pascale Balland, Université Savoie Mont Blanc, rapporteur

– Prof. Carl Labergere, UTT, rapporteur

– Prof. Régis Bigot, ENSAM Metz, examinateur

– Prof. Katia Mocellin, Mines Paris, examinateur

– Prof. Pierre-Olivier Bouchard, Mines Paris, examinateur

Résumé :

Les travaux de cette thèse portent sur l’étude du procédé de fluotournage de tôles. Ce procédé de mise en forme permet d’atteindre de très grandes déformations plastiques grâce à l’action compressive et incrémentale de la molette. Néanmoins, le manque de maitrise des géométries fluotournées constitue le principal défaut du procédé et la motivation majeure de ces travaux. Dans un premier temps, un modèle numérique de fluotournage de tôles est établi sur le logiciel éléments finis FORGE®. Plusieurs essais de caractérisation mécanique judicieusement choisis associés à des lois de comportement adaptées aux conditions du fluotournage enrichissent le modèle numérique via une meilleure description du comportement. Dans un deuxième temps, le modèle numérique est exploité afin de comprendre l’écoulement complexe de la matière durant la mise en forme, et d’expliquer les raisons de l’apparition des défauts. Enfin, des solutions viables sont proposées et mises en place afin de maitriser les géométries fluotournées pour une large gamme de taux de réduction d’épaisseurs. Le modèle numérique est également utilisé pour prédire la formabilité du matériau étudié pour le procédé de fluotournage.

Mots-clés : Fluotournage de tôles, amincissement, caractérisation mécanique, modélisation par éléments finis, procédés incrémentaux

Soutenance de thèse d’Ichrak Rahmoun

19 mai 2022

Ichrak Rahmoun soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 19 mai 22.

Modélisation Thermomécanique des procédés de fabrication de modules photovoltaïques

Ichrak Rahmoun a effectué sa thèse dans les équipes MPI et CSM en collaboration avec le CEA. Elle soutient sa thèse de doctorat en "Mécanique Numérique et Matériaux" le 19 mai 2022 devant le jury suivant :

– Prof. Veronica Bermudez, Qatar Environment and Energy Research Institute, rapporteur

– Prof. Cyrille Sollogoub, CNAM, rapporteur

– Prof. Corinne Alonso, Université de Toulouse Paul Sabatier III, examinateur

– Prof. Fabrice Schmidt, Mines Albi, examinateur

– Prof. Jean-Luc Bouvard, Mines Paris, examinateur

– Prof. Pierre-Olivier Bouchard, Mines Paris, examinateur

– IR Aude Derrier, CEA Liten, examinateur

Résumé :

Les modules photovoltaïques (PV) sont constitués de couches photovoltaïques actives (Silicium, passivation), de couches d'encapsulation protectrice (polymères) et de plaques de verre. La performance et la durée de vie des modules PV dépendent en partie de leur capacité à résister à différentes contraintes environnementales, liées aux phénomènes thermomécaniques, physiques, chimiques et/ou électriques. Dans le cadre de ce travail, nous nous intéresserons plus particulièrement aux contraintes résiduelles induites lors de la fabrication. Celle-ci comporte l'interconnexion électrique entre les cellules PV du module, par soudage ou collage de lignes conductrices, et l'encapsulation protectrice par des couches de polymères et de verre par le procédé de lamination (pressage à chaud). Ces contraintes résiduelles peuvent être à l'origine de défaillances observées sur les modules (délamination, fissure des cellules, rupture d'interconnexions…etc.), soit dès la fabrication soit, en s'ajoutant aux contraintes de service, au cours de la vie des modules PV. L'enjeu de ce travail de thèse sera de modéliser les procédés d'encapsulation et d'interconnexion des cellules afin de mieux comprendre leur influence sur les principales défaillances observées sur les modules.

Mots-clés : Module photovoltaïque, procédé de lamination, procédé d’interconnexion, modélisation thermomécanique, contraintes résiduelles

Soutenance de thèse de Marie-Anne Vidal

4 mai 2022

Marie-Anne Vidal soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 4 mai 22.

Etude du fluotournage inverse de tubes : élaboration d'un protocole d'analyse expérimentale et numérique

Marie-Anne Vidal a réalisé sa thèse dans l'équipe CSM sous la direction de Katia Mocellin et Pierre-Olivier Bouchard. Elle soutient sa thèse de doctorat en "Mécanique Numérique et Matériaux", sous réserve de l'accord des rapporteurs, le 4 mai 2022 devant le jury suivant :

– Tudor Balan ENSAM Metz, rapporteur

– Sébastien Thibaud, ENSMM Besançon, rapporteur

– Elisabeth Massoni, Mines Paris CEMEF, examinateur

– Laurent Dubar, Université polytechnique des Hauts de France, examinateur

– Dorian Depriester, ENSAM Aix en Provence, examinateur

– François Frascati, MBDA, invité

Résumé :

Le fluotournage est un procédé de mise en forme incrémental qui permet d’amincir des tubes sans perte de matière tout en améliorant leurs caractéristiques mécaniques finales par écrouissage. L’objectif de ces travaux s’inscrit dans la démarche de MBDA de mettre au point un protocole d’étude sur l’alliage d’aluminium 6061 afin de prédire l’endommagement du tube lors de la mise en forme, puis de tester ce protocole sur un matériau hautes performances (MHP).

Dans un premier temps, des campagnes de fluotournage sur un fluotour industriel chez MBDA ainsi que sur un banc semi-industriel au CEMEF ont été réalisées afin de déterminer l’influence des paramètres du procédé sur la fluotournabilité (vitesses, taux de réduction, épaisseur initiale, nombre de passes…). Une campagne de caractérisation du comportement en compression, traction et torsion a été menée afin d’identifier les paramètres d’une loi à intégrer dans le logiciel FORGE® qui servira à simuler le procédé de fluotournage.

La mise en données dans FORGE® est cruciale pour trouver un compromis entre des temps de calcul très longs et la précision des résultats. Ces résultats des simulations de fluotournage (géométrie finale de tube, efforts sur les outils, incidence de la rupture) ont alors été comparés aux essais expérimentaux correspondants. La comparaison a montré que les géométries simulées étaient en bonne adéquation avec celles relevées expérimentalement mais une différence sur les efforts a été relevée. Les critères de rupture utilisés se basent sur la première contrainte principale (Latham et Cockcroft), la première et la deuxième contraintes principales (McClintock), la triaxialité des contraintes (Oyane) et le cisaillement maximal.

Pour finir, le protocole a été simplifié sur la base des résultats de l’aluminium 6061 et transposé sur le MHP afin d’en tester les limites. Bien qu’aucun cas de rupture n’ait été rapporté lors des campagnes de fluotournage sur ce matériau, les efforts sur les outils et les géométries finales ont montré une bonne corrélation entre simulation et expérience.

Mots-clés : comportement, endommagement, modélisation, fluotournage

Soutenance de thèse de Charles Brissot

14 avril 2022

Charles Brissot soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 14 avril 22.

Étude numérique et expérimentale des phénomènes d'ébullition – Application à la trempe

Charles Brissot a réalisé sa thèse dans l'équipe CFL sous la direction d'Elie Hachem et Rudy Valette dans le cadre de la Chaire ANR Industrielle Infinity. Il soutient sa thèse de doctorat en "Mécanique Numérique et Matériaux", sous réserve de l'accord des rapporteurs, le 14 avril 2022 devant le jury suivant :

Prof. ABISSET-CHAVANNE Emmanuelle, Arts et Métiers ParisTech, rapporteur

Prof. COUTINHO Alvaro, Federal University of Rio de Janeiro, Brésil, rapporteur

Dr. LAJOINIE Guillaume, University of Twente, examinateur,

Prof. ARGENTIN Médéric, Institut de Physique de Nice, examinateur

Mr. EVEN David, Faurecia, invité

Résumé :

L'ébullition est un mode d'extraction de chaleur efficace utilisé dans nombre de procédés industriels dont la trempe. La trempe consiste à plonger une pièce de métal chaude dans un fluide pour la faire refroidir rapidement. Cette opération permet d'obtenir des microstructures possédant d'excellentes propriétés mécaniques, à condition de bien contrôler le refroidissement de la pièce. Les échanges de chaleur étant gouvernés par le comportement du fluide, il est donc essentiel de bien comprendre les mécanismes d'ébullition.

Cette thèse est intégrée à la chaire industrielle INFinity qui réunit un consortium de douze industriels désirant accroitre leurs compréhension de la trempe. Pour répondre à leur besoin, une approche par simulation numérique des écoulements fluides (CFD) est employée. C'est un outil puissant qui permet la représentation virtuelle des phénomènes physiques en jeu. Appliquée à des cas industrielle, la CFD permet d'anticiper la plupart des problématiques du procédé, et ainsi d'éviter de nombreux essais expérimentaux. Ce travail s'est donc concentré sur le développement d'un outil de simulation de trempe à échelle industrielle. Pour ce faire, la démarche se décompose en quatre étapes: (i) analyser les phénomènes physiques prépondérants afin de simplifier le problème étudiée, (ii) implémenter un modèle Éléments Finis qui résout les écoulement multiphasiques avec changement de phase, (iii) valider ce modèle en simulant le mode de caléfaction lors de la trempe d'une sphère et en ébullition par film vertical, et (iv) enrichir le modèle pour envisager tous les modes d'ébullition afin d'aboutir à un outil complet de modélisation de trempe à usage industriel.

Un travail analytique sur les équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie dans le cadre de la trempe est présenté. En découle un travail numérique qui a mené à un outil basé sur la méthode Level Set et l'approche Continuous Surface Force. Ce modèle est validé sur différents cas tests 2D et 3D de complexités croissantes. Un travail expérimental sur l'étude de la trempe de billes de nickel a permis de compléter cette approche. Enfin des validations sur un cas académique plus complexe et sur deux cas industriels sont présentées avec une discussion sur les hypothèses et la validité du modèle.

Mots-clés : ébullition, trempe, changement de phase, vaporisation, éléments finis, méthode level set

Soutenance de thèse de Brayan Murgas

7 avril 2022

Brayan Murgas soutient sa thèse de doctorat le 7 avril 22.

Vers une description précise de la mobilité et de l'énergie du joint de grain pour leur implémentation dans un modèle d'éléments finis des mécanismes de recristallisation et croissance de grains.

Brayan Murgas a réalisé sa thèse dans l'équipe MSR sous la direction de Marc Bernacki et Nathalie Bozzolo. Brayan soutiendra sa thèse de doctorat en "Mécanique Numérique et Matériaux", sous réserve de l'accord des rapporteurs, le 7 avril 2022 devant le jury suivant :

– Prof. Laurent Delannay, Université catholique de Louvain, Belgique, rapporteur

– Prof. Lukasz Madej, AGH University, Pologne, rapporteur

– Prof. Roland Logé, EPFL, Suisse

– Prof. Somnath Ghosh, Johns Hopkins University, Etats-Unis

– Prof. Carl Krill, Ulm University, Allemagne

– Dr. Baptiste Flipon, MINES ParisTech, France

– Dr. Pascal de Micheli, TRANSVALOR, France, invité

Résumé :

La relation entre procédé de fabrication, microstructure, propriétés et performance des matériaux relève d’un grand intérêt pour l’industrie de mis en forme des métaux. Cette relation est à l’origine d’une nouvelle branche de la science des matériaux appelée ingénierie des joints de grains, qui vise à obtenir des propriétés spécifiques des matériaux métalliques grâce au contrôle de la distribution des types de joints de grains. Les procédés de fabrication des métaux peuvent être modélisés à une échelle mésoscopique grâce à l’utilisation d’outils numériques décrivant l’évolution des joints de grains. L’approche Level-Set (LS), dans un contexte de formulation éléments finis (EF), est un outil puissant permettant de reproduire les traitements thermodynamiques industriels où de grandes déformations peuvent avoir lieu.

Ce travail visait à améliorer une formulation EF-LS en y introduisant des modèles plus précis concernant la description de l’énergie des joints de grains et de leur mobilité. L’objectif principal étant de construire des modèles encore plus prédictifs en croissance de grains et recristallisation. Des cas applicatifs sur un acier austénitique ont été considérés. Lorsque des joints de grains spéciaux ou des sous-joints sont étudiés, ils est en effet nécessaire d’améliorer les modèles décrivant les propriétés des joints de grains. Ces améliorations ont été intégrées dans différents formulations EF-LS grâce à l’ajout de termes dans le champ de vitesse et leur prise en compte, parfois complexe, dans les formulations faibles. La formulation dite anisotrope, testée sur des simulations de cas analytiques de jonctions triples et sur des microstructures polycristallines, s’est confirmée être la formulation la plus physique. Néanmoins, il convient de noter que la connaissance actuelle des données et des modèles de propriétés des joints de grains souffre toujours du manque de données expérimentales pertinentes et précises. La description complète des propriétés des joints de grains nécessite une analyse spatiale tridimensionnelle de la microstructure, ainsi qu’une évolution temporelle dans les conditions thermomécaniques données, ce qui reste impossible à réaliser avec les techniques les plus récentes.

En se basant donc sur des données expérimentales partielles obtenues durant ce travail de thèse, sur des données issues de calculs pré-existants en dynamique moléculaire, et sur des simulations EF-LS réalisés sur des jonctions multiples et des polycristaux de plusieurs milliers de grains. Il a été mis en évidence que la formulation Anisotrope est la plus physiquement pertinente parmi les formulations proposées pendant ce travail. Cependant, il a également été mis en évidence que la formulation isotrope peut être utilisée pour des niveaux faibles d’hétérogénéité ou d’anisotropie avec une précision équivalente aux prédictions du modèle anisotrope. Les développements réalisés permettent aussi aujourd’hui de considérer, dans le formalisme LS, des macles cohérentes et incohérentes, isolées ou intégrées à une microstructure polycristalline.

Simulation de croissance de grain d'un acier austenitique à 900°C utilisant des données EBSD

Mots-clés : Méthode des Eléments Finis, Level-Set, Joints de grains, Mobilité des joints de grain, Energie des joints de grain, Anisotropie