Soutenance de thèse de Hazem MUBARAK

09/12/2016

Degradation of 304L stainless steel in acidic solutions: Influence of stress state on the passivation kinetics, and cracking crystallography and mechanics.


A multidisciplinary experimental approach of electrochemical and mechanical techniques was employed to study the corrosion of different stress states of 304L stainless steel in acidic electrolytes (0.5-5 M H2SO4) with and without chloride additives. Stress corrosion cracking (SCC) conditions were applied to evidence cracking crystallographical and propagation aspects.

Scanning electron microscopy of SCC revealed clear traces of successive slipping planes and consequent dissolutions on the crack facets, and nonlinear crack propagation kinetics. A method was proposed to access cracking crystallography using electron back scattered diffraction. It demonstrated {111} and {110} preferential cracking planes in proportion of about  75% and 25% respectively, which supports  recent SCC models such as corrosion enhanced localized plasticity. The profiles of (applied/residual) stress evolution measured by X-ray diffraction before and after SCC were used as an introduction to develop a micro-mechanical cracking model.

 

During optimized potentiodynamic corrosion tests, elemental dissolution rates and total current transients were measured by combining electrochemical flow cell and downstream solution analysis by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. The results were used to separate the current portion spent on passive film formation from the total current.  The high field ion conduction model was upgraded to calculate the constructed passive film thickness and passivation rate. A slight difference on the passive film growth kinetics and thickness was detected as an effect of 280 MPa tensile stress compared to unstressed samples.

 

Keywords: Stress corrosion cracking, Stainless steel, 304L, Passivation , Acidic corrosion of stainless steel, Metallic dissolution, Scanning electron microscopy, Electron backscatter diffraction,  X-ray diffraction, Cracking planes, Crystallography, Micro-mechanics, Simulation.

 

Directeurs de thèse : Kevin OGLE, Chimie ParisTech, Laurent BARRALLIER, Arts et Métiers ParisTech

Co-encadrants : Polina VOLOVICH, Chimie ParisTech, Sébastien JEGOU, Arts et Métiers ParisTech

 

Jury

Pr. Vincent JI, Univ. Paris Sud

Pr. Vincent VIGNAL, Univ. de Bourgogne

Pr. Halina KRAVIEC, AGH-University of Science and Technology

Pr. Kevin OGLE, Chimie ParisTech

Dr. Polina VOLOVICH, Chimie ParisTech

Dr. Sébastien JEGOU, Arts et Métiers ParisTech

Pr. Laurent BARRALLIER, Arts et Métiers ParisTech

 

 

Soutenance de thèse de Benjamin GUILLOT

06/12/2016

Etude de la désactivation catalytique et de procédés de préparation de surface avant nitruration gazeuse pour les aciers de construction

 

La nitruration gazeuse de pièces en acier de construction est un procédé thermochimique permettant de générer un gradient de propriétés mécaniques à la surface des pièces par diffusion d’atomes d’azote. Les pièces traitées présentent un fort gradient de contraintes résiduelles et de dureté, optimales pour les applications de transmission de puissance utilisées dans les domaines de l’aéronautique ou l’automobile de compétition. L’enrichissement en azote est issu de la décomposition catalytique de l’ammoniac à la surface des pièces en acier. Cependant, le procédé reste extrêmement sensible à l’état de surface des pièces, qui inclue les caractéristiques géométriques, mécaniques mais également chimique, pouvant inhiber les propriétés de décomposition catalytique ainsi que la diffusion de l’azote. Cette désactivation peut avoir différentes origines, comme l’adsorption d’un élément poison de la réaction ou l’encrassement de la surface des pièces. Le phénomène de désactivation catalytique est étudié depuis quelques dizaines d’années. Cependant, peu de publications sont disponibles au sujet de son application dans le cas particulier de la nitruration d’aciers de construction. Comprendre l’inhibition de la nitruration permettrait d’améliorer la fiabilité industrielle de ce procédé. Afin de répondre à cette demande, une démarche expérimentale, basée sur des études de cas industriels et sur une étude bibliographique, a été mis en place. Une étude de pollution issue de résidus d’huile de coupe, de dépôt de carbone et d’empoisonnement au soufre est proposée. De plus, une démarche expérimentale visant à déterminer l’impact de pollutions mécaniques (état mécanique initial) sur le procédé de nitruration est proposée. Des analyses thermogravimétriques couplées à des observations et à la détermination des propriétés mécaniques générées par nitruration permettent d’approfondir la compréhension de ces phénomènes de désactivation des surfaces nitrurées. Suite à cette étude, la capacité d’activation de surface de trois éléments de préparation in-situ, que sont l’oxydation, l’urée et le chlorure d’ammonium, a été déterminé sur les pollutions précédemment étudiées.

 

Directeur de thèse : Laurent BARRALLIER

Co-encadrement : Sébastien JEGOU

 

Jury

Pr. Louis CASTEX, Arts et Métiers ParisTech

Pr. Mohamed GOUNÉ, Univ. Bordeaux

Dr. Jolanta SWIATOWSKA, Chimie ParisTech

Dr. Bruno STRAUDER, Bodycote

Alexandre BONIN, Airbus Helicopters

Dr. Sébastien JEGOU, Arts et Métiers ParisTech

Pr. Laurent BARRALLIER, Arts et Métiers ParisTech

Soutenance de thèse de Guillaume FILLIARD

17/11/2016

Contribution à la qualification du procédé industriel de soudo-brasage laser acier-aluminium à grande vitesse 


 

L’allégement des véhicules est un objectif incontournable dans l’industrie automobile. Parmi les voies exploitées par les constructeurs, le déploiement d’alliages d’aluminium pour le pavillon permet un allégement de plusieurs kilogrammes. C’est pourquoi, le procédé de soudo-brasage laser occupe une place de choix pour l’assemblage hétérogène pavillon aluminium/caisse acier. Cependant, en plus des problèmes liés à l’hétérogénéité du joint soudé (formation de composés intermétalliques par exemple), des difficultés inhérentes à la production en grande série émergent : un environnement avec de fortes contraintes industrielles, un niveau de conformité élevé et robuste ainsi qu’une cadence de production imposant des grandes vitesses de soudo-brasage comprises entre 4 et 6 m/min et adaptée à des configurations exploitables industriellement. L’objectif de ce travail de thèse est de conduire une analyse physique et technologique du process de soudo-brasage laser pour un assemblage hétérogène allégé pavillon/caisse. Dans un premier temps, un ensemble d’hypothèses sur l’influence de la physique du procédé, des variables process et de l’environnement d’étude sur la conformité et la reproductibilité de ces assemblages furent établies. Leur validation ensuite a été réalisée par des essais à l’échelle 1 sur une installation laser de production industrielle, prolongée par des analyses de la métallurgie et de la microstructure des assemblages ainsi que d’une simulation numérique du procédé. La physique du procédé en lien avec les paramètres du process de soudo-brasage laser acier/aluminium à haute vitesse a été identifiée. Les variables énergétiques ont montrées un fort impact sur le niveau de conformité atteint ainsi que sur la dispersion des résultats. Celles-ci tendent à influencer fortement les phénomènes physiques mises en jeu et notamment la thermique à l’interface acier/aluminium, impactant directement la formation des composés intermétalliques et leurs microstructures. Différentes tailles de grains ont été observés en fonction des paramètres process, contrôlant ainsi la tenue mécanique des assemblages soudo-brasés. La modulation in fine du cycle thermique de soudo-brasage, piloté par la physique activée du process, permet de discriminer les configurations les plus optimales pour une application industrielle du procédé. 


Directeur de thèse : Mohamed El Mansori

Co-encadrement : Sabeur Mezghani


Mr. Mirentxu DUBAR, Professeur des Universités (Rapporteur), LAMIH-UMR CNRS 8201, Université de Valenciennes et de Hainaut-Cambrésis (UVHC), Valenciennes 

Mr. Jean-Michel BERGHEAU, Professeur des Universités (Rapporteur), LTDS UMR 5513 / ENISE, Saint Etienne 

 


 

Mr Alexandre MATHIEU, Maître de Conférence (Examinateur), ICB-UMR 6303/Laser et Traitement des Matériaux, Université de Bourgogne 

 Mr. Hassan ZAHOUANI, Professeur des Universités (Examinateur), LTDS UMR 5513 / ENISE, Saint Etienne  

M. Mohamed EL MANSORI, Professeur des universités (Examinateur), MSMP-EA7350, Arts et Métiers ParisTech

M. Sabeur MEZGHANI, Maître de Conférences (Examinateur), MSMP-EA7350, Arts et Métiers ParisTech, 

 Mr. Mathieu DE METZ-NOBLAT, Responsable UET Assemblages et Innovations (Invité), Renault, Technocentre, Guyancourt

 Mr. Christian BREMONT, Expert SDES (Procédés de Soudage) (Invité), Renault, Technocentre Guyancourt

 

Soutenance de thèse de Faisal CHEGDANI

08/11/2016

Analyse Multi-échelle de l’Usinage des Matériaux Biosourcés : Application aux Agrocomposites


Les fibres naturelles telles que le lin, le chanvre, le bambou ou la miscanthus sont de plus en plus utilisées pour renforcer les composites industriels afin de réduire le poids, le coût et l’impact environnemental des produits. Elles remplacent les composites conventionnels tels que les composites à base de résine polymère et fibres synthétiques. Les méthodes de parachèvement par usinage de ces produits agrocomposites demeurent un verrou technologique et un défi scientifique. Ceci est dû principalement à la structure complexe des fibres végétales constituée de cellulose et issue des feuilles ou des tiges de plantes cultivées. Ce travail de thèse propose une analyse multiéchelle du comportement à la coupe de ces matériaux renouvelables qui exploite un procédé 2D de coupe orthogonale et un procédé 3D de coupe par fraisage. L’objectif étant de mieux appréhender les mécanismes physiques majeurs activés par le processus d’enlèvement de matière des agrocomposites. Aussi, pour identifier les effets d’échelle observés en usinage, une caractérisation tribo-mécanique des agrocomposites stratifiés par nanoindentation et rayage ainsi que des essais mécaniques spécifiques ont été réalisés. Les fibres végétales se différencient des fibres synthétiques par une flexibilité transversale qui leur confère une grande capacité à se déformer lors du contact avec l’outil de coupe. Ainsi, la rigidité mécanique du contact outil/matière contrôle ici la coupe par cisaillement plastique des fibres végétales et, par conséquence, la qualité de la surface usinée des agrocomposites. Les fibres végétales, associées à une matrice polymère thermoplastique, présentent par ailleurs un comportement mécanique élastoplastique avec un endommagement ductile lorsqu’elles sont sollicitées suivant leur direction transversale. Ceci explique la production de copeaux continus en usinage par opposition aux composites synthétiques conventionnels. Les comportements mécanique et tribologique des fibres végétales en usinage sont fonction de l’échelle de contact. Ceci explique le caractère multiéchelle de la coupe des agrocomposites dont l’usinabilité est intiment liée à la taille du renfort fibreux. 


Directeur de thèse : Mohamed EL MANSOR, Arts et Métiers ParisTech

co-encadrement : Sabeur MEZGHANI, Arts et Métiers ParisTech


Jury

M. Stéphane FONTAINE, Professeur des universités (Rapporteur), Laboratoire DRIVE / EA 1859, Institut Supérieur de l’Automobile et des Transports

M. Christophe BALEY, Professeur des universités  (Rapporteur), Institut de recherche Dupuy de Lôme (IRDL) FRE CNRS 3744 , Université de Bretagne Sud 

M. Frédéric JACQUEMIN, Professeur des universités (Examinateur), Laboratoire E3M – GeM / UMR CNRS 6183, Université de Nantes

M. Mohamed EL MANSORI, Professeur des universités (Examinateur), MSMP-EA7350, Arts et Métiers ParisTech

M. Sabeur MEZGHANI, Maître de Conférences (Examinateur), MSMP-EA7350, Arts et Métiers ParisTech, 

Mme. Valérie MARCEL, Responsable R&D, (Invitée), Faurecia Interior Systems, ZI François Sommer - R&D Center 

Mme. Martine CARRIEU, (Invitée), Directrice du Pôle Développement Economique, Enseignement Supérieur et Recherche, CAC, Châlons-en-Champagne

 

Réception du four magnésium

25/02/2015

Réception du four magnésium (Kurtz). Les premières pièces en magnésium ont été coulées (pièces types et carter de boîte de transmission) à partir de moules en sable imprimés directement (machine ExOne). Une vidéo est disponible ici. - [LB]

Nous sommes CHARLIE

Nous sommes CHARLIE

07/01/2015

Nous sommes tous CHARLIE. - [LB]

Soutenance de thèse de Léonard Antoinat

21/11/2014

Contribution à la caractérisation de la déformation et de la rupture dynamique de structures sous impact : Modélisations et approche expérimentale

 

L’objectif de ces travaux de thèse est de proposer des approches de modélisation et d’expérimentation de l’impact de structures déformables et indéformables sur différents milieux. Différents modèles analytiques et des simulations numériques sont développés en comparaison aux résultats expérimentaux. Une première partie se consacre à la caractérisation de la similitude entre la réponse à l’impact à l’eau d’un solide et la réponse d’un solide impactant une structure déformable. Des simulations éléments finis (EF) et SPH sont réalisées pour l’impact à l’eau d’un tube cylindrique (sans rupture). Un modèle analytique d’impact à l’eau est proposé pour prédire l’évolution de l’effort (pic, durée). L’analyse des résultats permet de dimensionner un programmateur d’impact solide reproduisant le pic d’effort. Des simulations EF de l’impact sur un tube cylindrique, à géométrie adapté, dans la direction longitudinale, sont réalisées et comparées à quelques expériences tests. Le «flambage dynamique» (dû au comportement inélastique du matériau et aux ondes de déformations) des tubes est alors observé. Une seconde partie traite du cas de la perforation sous impact d’une tôle mince à faibles vitesses d’impact (< 10 m/s, ̇epsdot< 1000 s-1). Des essais sur puits de chute instrumenté (force, déplacement, déformée de tôle, avancée de fissure) sont analysés. Des simulations EF en éléments coques avec un critère de rupture ductile par endommagement sont réalisées. Les paramètres de rupture dynamique sont identifiés par méthode inverse à l’aide d’essais de résilience Charpy sur l’alliage d’aluminium de désignation 2024 T3. Une analyse des pics de force lors de l’impact permet une meilleure compréhension des mécanismes de perforation. En parallèle, un nouveau modèle analytique, basé sur les énergies impliquées lors de l’impact, est proposé et comparé aux simulations EF. L’étude numérique de la perforation est étendue aux grandes vitesses d’impact et de déformation (100 - 1000 m/s, ̇epsdot<100 000 s-1) pour identifier les transitions des différents mécanismes de perforation connus (pétalisation, fragmentation des pétales, fragmentation complète).

 

Mots clés : Impact, simulations numériques, modèles analytiques, perforation de tôles, impact à l’eau, essais dynamiques instrumentés, programmateur d’impact.

 

Directeur de thèse : Laurent BARRALLIER Co-encadrement de la thèse : Régis KUBLER

Jury
Pr. Alexis RUSINEK, Professeur, LaBPS, ENI de Metz Rapporteur
Pr. Eric MARKIEWICZ, Professeur, LAMIH, Université de Valenciennes Rapporteur
Pr. Philippe VIOT, Professeur, I2M-Dumas, Arts et Métiers ParisTech, Campus de Bordeaux Examinateur
Dr. Laurent GORNET, Maître de conférences HDR, GeM, Ecole centrale de Nantes Examinateur
Pr. Laurent BARRALLIER, Professeur, MSMP, Arts et Métiers ParisTech Examinateur
Dr. Régis KUBLER, Maître de conférences, MSMP, Arts et Métiers ParisTech Examinateur
M. Steven LE NOËN, Directeur technique, Téthys Examinateur

Soutenance de thèse de Julian Soulacroix

06/10/2014

APPROCHE MICROMÉCANIQUE DU COMPORTEMENT DU COMBUSTIBLE DIOXYDE D’URANIUM

Le dioxyde d’uranium UO2 est le combustible de référence pour les réacteurs nucléaires à eau pressurisée. Notre étude traite de la compréhension et de la modélisation du comportement mécanique, dans les domaines basse température (rupture fragile) et haute température (déformation viscoplastique), à l’échelle de la microstructure. Dans un premier temps est présentée une étude des propriétés géométriques des polycristaux en général et du polycristal d’UO2 en particulier. Nous montrons que nous pouvons reproduire des agrégats polycristallins réalistes et économes en nombre d’éléments. Pour améliorer les connaissances du comportement de ce matériau dans le domaine de rupture fragile, nous avons développé une méthode expérimentale permettant de mieux comprendre le phénomène de rupture fragile à l’échelle du grain. Nous montrons que la rupture est entièrement intragranulaire et que les plans {100} semblent être les plans préférentiels pour cette rupture. Les résultats
expérimentaux obtenus sont directement utilisés pour formuler une loi de comportement de rupture fragile intragranulaire à l’échelle du cristal, utilisée ensuite dans des calculs de rupture fragile sur un polycristal tridimensionnel. Le calcul est réalisé en champ complet, donnant ainsi accès à l’amorçage et à la propagation de la fissure à travers les grains. Enfin, nous avons développé une modélisation du comportement de l’UO2 dans le domaine viscoplastique. Nous présentons tout d’abord une loi de comportement à l’échelle macroscopique qui inclut un effet de vieillissement par migration de défauts vers les dislocations. Dans un second temps, nous
avons développé une loi de comportement de type plasticité cristalline adaptée à l’UO2 , incluant
les effets de rotation de réseau. Nous présentons des exemples de calculs sur polycristaux.
Mots clés : dioxyde d’uranium, micromécanique, modélisation, méthode des éléments finis,
rupture, plasticité cristalline, transition d’échelle.

06 Octobre 2014 (10h – Amphi 3) à Arts et Métiers ParisTech Campus d’Aix en Provence.

« Approche micromécanique du comportement du combustible dioxyde d'uranium »

 

Directeur de thèse : Laurent BARRALLIER

Co-encadrement de la thèse : Régis KUBLER, Bruno MICHEL et Jean-Marie GATT

 

Jury

M. Thomas PARDOEN, Professeur, IMAP, Université Catholique de Louvain Rapporteur

M. Alain HAZOTTE, Professeur, LEM3, Université de Lorraine Rapporteur

M. Marc FIVEL, Directeur de Recherche, SIMAP, Grenoble INP Examinateur

M. Charles PETRY, Ingénieur, EDF R&D Examinateur

M. Laurent BARRALLIER, Professeur, MSMP, Arts et Métiers ParisTech Examinateur

M. Régis KUBLER, Maître de conférences, MSMP, Arts et Métiers ParisTech Examinateur

M. Bruno MICHEL, Ingénieur, CEA Cadarache Examinateur

 

Arts et Métiers ParisTech - Campus d’Aix-en-Provence

MSMP - Laboratoire Mécanique, Surfaces, Matériaux & Procédés

2, cours des Arts et Métiers - 13 617 Aix-en-Provence

France

Projet LowCAST : Impression des premiers moules en sable

Projet LowCAST : Impression des premiers moules en sable

11/09/2014

Première impression de moule en sable avec résine furanique pour la réalisation de cater en alliage de magnésium. Une vidéo est disponible ici. - [LB]

Projet LowCAST : Arrivée du four basse pression pour alliages d'aluminium et de magnésium

17/07/2014

Le four de marque Kurtz permettra de couler par basse pression des alliages d'aluminium et de magnésium. Sa capacité est de 300kg pour les alliages de magnésium. La réalisation des moules en sable sera effectuée par impression directe 3D (machine ExOne, résine furanique). (LB)

La bouée BELOCOPA a un visage

07/07/2014

La localisation des épaves d’avions et la récupération les données de vol posent d’importantes difficultés pour les accidents survenant au-dessus de la mer. L’analyse des causes de ces accidents est rendue d’autant plus délicate que les données de vol n’ont pu être récupérées.

Le projet Belocopa, répond à ce besoin identifié notamment à la suite de l’accident de l’Airbus A330 d’Air France survenu le 1er juin 2009 entre Rio de Janeiro et Paris. Malgré l’importance des dispositifs déployés, les opérations de recherche en mer toujours en cours n’ont pas permis de localiser l’épave de l’avion.

L’objectif du projet est de développer un équipement embarqué permettant de localiser un aéronef qui s’est abîmé en mer et de récupérer les principales données de vol enregistrées. Cet équipement, porteur d’innovations technologiques dans de nombreux domaines, comporte un système d’éjection et une bouée autonome munie d’un système de radio communication performant. La  bouée est équipée d’un système de positionnement GPS permettant de retracer son parcours à la surface de l’eau depuis son éjection lors de l’impact.

 

Le système est soumis à d’importantes contraintes de sécurité, de résistance mécanique et de fiabilité ; il doit en outre être opérationnel dans des environnements où la réception et la transmission des données peuvent être fortement perturbées. 

 

Le projet est mené en collaoration avec 3 PME de l'a région PACA (Thétys, ASCA, ISEI) et deux universitaire (Institut Fresnel d'AMU, MSMP Lab. Arts et Métiers ParisTech d'Aix en Provence) au sein d'un FIU. 

 

MSMP est impliqué dans ce projet pour les aspects mécaniques et la tenue mécanique au choc de la bouée (lors de son éjection et de son amérissage éventuel). Cette étude met en oeuvre une approche expérimentale couplée à de la simulation numérique (loi de comportement viscoélastoplastique, puit de chute,...). (LB).

Projet LowCAST : Première impression sable 3D

17/06/2014

Voir le film ici. L'imprimante 3D permettra de réaliser des moules de fonderie en sable (résine furanique) adaptés entre autre aux alliages légers (magnésium, aluminium). On voit sur ce petit film une première étape d'impression, suivi d'une étape de dépôt du sable (épaisseur inférieure à 0,1 mm) suivi d'une nouvelle étape d'impression. Le sable est pré-imprégnié de résine furanique, le durcisseur est déposé par la tête d'impression. - [LB]

Projet LowCAST : Arrivée de l'imprimante 3D pour la réalisation de moule en sable de fonderie

11/06/2014

Cet équipement permettra l'obtention de moules en sable par fabrication directe (imprimante 3D) pour la fonderie. Cette acquisition est réalisé dans le cadre du projet LowCAST sur le développement de compétences dans le domaine de la fonderie d'alliages légers (magnésium, aluminium) soutenu par la plateforme INOVSYS, financé par l'Europe (FEDER), l'ENSAM, la Communauté d'Agglomération du Pays d'Aix, la région PACA et le Conseil Général des Bouches du Rhône. (LB).