19es Rencontres scientifiques enseignants-chercheurs - MSMP

29/04/2019

Les 19emes Rencontres scientifiques enseignants-chercheurs - MSMP auront lieu le 24 AVRIL 2019

Le thème de cette année : Les Pièces mécaniques : de l’élaboration à l’utilisation

Programme provisoire

9h15-9h30 Accueil

suivi de 9h30 à 11h30 de trois ateliers : Naissance, vie, utilisation et " mort" d'une pièce mécanique

11h30-12h15 Visite du laboratoire et de ses installations

12h15-13h30 Déjeuner

13h30-15h30 Atelier recherche

15h30-16h30 table ronde

JOURNEE  Contrat TRANSPORT

JOURNEE Contrat TRANSPORT

15/01/2019

Dans le cadre du projet TRANSPORT.

Le site MSMP LILLE Organise une  journée d'échange 

La matinée sera dédiée à une formation sur les techniques mises en œuvre dans le projet

L’après-midi sera dédiée à la réunion du comité de parrainage.

 

La participation se fera sur inscription

Séminaire TAMU

10/01/2019

 Le séminaire TAMU aura lieu les 10 et 11 Janvier 2019

SOUTENANCE DE THESE Francois GODET 20 Décembre 2018 - 10h00 Amphi 1 - ENSAM AIX

20/12/2018

Influence de la microstructure sur le comportement mécaniqued’une couche nitrurée de l’acier de nuance 33CrMoV12-9 en vue de l’optimisation des propriétés en fatigue

 

Le développement de systèmes mécaniques, toujours plus performants et légers, demande l’optimisation continue des matériaux utilisés ainsi que leurs traitements. Dans le domaine des transmissions de puissance, la nitruration gazeuse apporte une hausse significative des durées de vie en fatigue des pièces fortement sollicités. Cela par une augmentation de leur dureté superficielle ainsi que par la genèse de contraintes résiduelles de compression. Dans le cas des aciers faiblement alliés, la microstructure des surfaces nitrurées se caractérise par une précipitation nanométrique de nitrures d’éléments d’alliage au sein d’une matrice martensitique revenue ainsi que par la présence de cémentite alliée aux anciens joints de grains d’austénite. Les gradients de composition chimique en azote et carbone induit génèrent un gradient de microstructure et par conséquent de propriétés mécaniques (dureté, contraintes résiduelles). Alors que le rôle des propriétés mécaniques sur la résistance en fatigue est reconnu à l’échelle macroscopique, l’influence de la microstructure nitrurée sur les mécanismes de plasticité ou de microplasticité menant à de l’endommagement puis à l’initiation d’une fissure reste relativement méconnue pour les couches nitrurées, notamment lors de sollicitations cycliques. Ce travail de thèse concerne tout particulièrement la nitruration de l’acier de nuance 33CrMoV12-9, particulièrement utilisé dans les roulements et engrenages des industries aéronautiques et navales. Les propriétés mécaniques liées aux phénomènes menant à l’initiation de fissures en fatigue à grand nombre de cycles ont, tout particulièrement, été étudié. Les propriétés mécaniques, comme le module d’élasticité, la dureté, la limite d’élasticité ou encore les contraintes résiduelles sont déterminées à plusieurs échelles, de celles de la microstructure à celles plus macroscopiques. Des observations in-situ ou post-mortem des couches nitrurées sollicitées jusqu’à l’endommagement ayant pour but d’estimer l’influence de la microstructure sur les hétérogénéités de déformations, les phénomènes de microplasticités et les mécanismes d’endommagements correspondants n’ont pas permis d’identifier clairement des mécanismes d’initiations de fissures. Pour ces essais, une éprouvette nitrurée à cœur représentative de la couche nitrurée a été développée. Cet outil expérimental a permis d’effectuer des essais simples de sollicitations des microstructures et ainsi déterminer des caractéristiques élastiques, d’écrouissage et de tenue en fatigue. Enfin, il a été démontré que les propriétés mesurées comme le module d’élasticité dépendent de l’échelle d’observation, des moyens et des méthodes utilisés.

Mots-Clés : Acier faiblement allié ; Nitruration gazeuse ; Microstructure ; Mécanismes d’endommagements ; Caractérisations mécaniques multiéchelles ;

Laboratoire de recherche : Laboratoire Mécanique, Surfaces, Matériaux & Procédés – Arts et Métiers ParisTech – Campus d’Aix-en-Provence

Directeur de thèse : Pr. Laurent BARRALLIER, Professeur des Universités, MSMP, Arts et Métiers ParisTech

Encadrant : Dr. Sébastien JEGOU, Maître de Conférences, MSMP, Arts & Métiers ParisTech

Seminaire MSMP Campus Aix les 24-25 Septembre 2018

Seminaire MSMP Campus Aix les 24-25 Septembre 2018

24/09/2018

Journée du 24 septembre

Présentation MSMP en Evolution & retour sur le WORKSHOP TAMU à COLLEGE STATION juin 2018 (Session Plénière)

Présentation des IATOS et organisation administrative

Session parallèle 1: réservée aux IATOS

présentation de carrière et évolution de carrière dans les 5 ans

Session parallèle 2: réservée aux EC

Présentation des projets scientifiques des EC

comment chaque MCF se voit dans les 5 ans au Labo et pour quel projet scientifique?

10 minutes de présentation et 5 minutes d’échange

 

Journée du 25

Eléments d’organisation du ressourcement technique et scientifique salle des conseils

Retour sur les ateliers -Session Plénière

Assemblée générale  Restitution des Projets Modes organisationnels MSMP / Administrative, Technique et Scientifique et Managérial - Session Plénière

Soutenance doctorants 1ère année ( Session réservée à la validation de l’année probatoire suivant modalités de l’Ecole Doctorale ENSAM

Soutenance de thèse de Clément MAUDUIT 21/06/2018

21/06/2018

Evolution des couches grenaillées sous sollicitations mécaniques de l'acier TRIP780 - Etude de la relaxation des contraintes et de la durée de vie en fatigue


Le grenaillage de précontrainte a pour but d'augmenter la durée de vie des matériaux traités en introduisant des contraintes résiduelles de compression. Cette étude porte sur la modélisation de la tenue en fatigue d'aciers grenaillés et plus particulièrement d'aciers à transformation austénite-martensite sous sollicitation. L'approche utilise la méthode des éléments-finis. L'introduction des contraintes résiduelles est obtenue par dilatation thermique fictive. Cette méthode est utilisée pour générer un gradient de contraintes initial dans une éprouvette sollicitée en flexion pure et conçue pour les essais de fatigue. Un post-traitement en fatigue utilisant le critère de fatigue multiaxial de Crossland est présenté et appliqué à cette éprouvette de flexion. Un modèle de transformation de phase austénite martensite sous chargement thermomécanique est couplé à la prédiction de la durée de vie de l'éprouvette.

 

 

Mots clés : Grenaillages, Relaxation, Fatigue

 

Directeurs de thèse :  de Laurent Barrallier Arts et Métiers ParisTech

Co-encadrants : Régis Kubler Arts et Métiers ParisTech

 

Jury :

 

Catherine Verdu , INSA Lyon

Thierry Gloriant, INSA Rennes

Jean-Michel Bergheau, ENISE

Laurent Barralier, Arts et Métiers ParisTech

Régis Kubler, Arts et Métiers ParisTech

Sophie Berveiller, Arts et Métiers ParisTech

Bastien Weber, ArcelorMittal

Pascal Lamesle, IRT-M2P

Soutenance de thèse de Maxime GELINEAU, 02/02/2018

02/02/2018

Étude de l’impact du grenaillage sur des composants mécaniques industriels à géométrie complexe

 

Les traitements de surface mécaniques sont appliqués dans la plupart des secteurs industriels comme procédé de finition afin de renforcer les propriétés des composants métalliques. Le grenaillage de précontrainte est probablement l’un des plus répandu. Ce procédé introduit des contraintes résiduelles de compression en générant un gradient de déformation plastique dans la profondeur de la pièce traitée. L’objectif de ce travail est de comprendre et prédire l’effet de la géométrie des composants sur la redistribution des contraintes résiduelles post-grenaillage. En effet, même lorsqu’elle est maîtrisée, l’opération de grenaillage peut générer un champ de contraintes résiduelles complexe qui dépend fortement de la géométrie de la pièce. Par suite, parmi les paramètres influents sur le comportement en fatigue des composants grenaillés, le paramètre géométrique peut donc avoir un rôle majeur. Puisque les approches conventionnelles de modélisation ne sont pas transposables aux géométries non planes, et ne sont pas conformes aux contraintes industrielles en termes de temps de calcul, une méthodologie basée sur la Méthode de Reconstruction des Eigenstrains est proposée. L’approche développée est construite à partir de relations analytiques pour des massifs plans traités de façon homogène. La principale contribution est la comparaison entre modélisation et expérimentation. Les données expérimentales sont obtenues à partir d’analyses de la microstructure et par diffraction des rayons X réalisées sur des échantillons d’un superalliage base nickel, pour plusieurs géométries complexes élémentaires (plaques minces, formes convexes et concaves). Par ailleurs cette étude vise à prendre en compte l’effet des contraintes résiduelles équilibrées sur la durée de vie en fatigue. A partir du critère de fatigue multiaxial de Crossland, la méthodologie complète est appliquée à des démonstrateurs industriels à géométrie complexe.

 

 

Mots clés : Grenaillage de précontrainte, Modélisation des contraintes résiduelles, Géométries complexes, Simulation éléments finis, Superalliage base nickel, Grenaillage de précontrainte, Géométrie combinatoire

 

Directeurs de thèsee :Laurent Barrallier Arts et Métiers ParisTech

Co-encadrants : Emmanuelle Rouhaud Université de technologie de Troyes, et de Régis Kubler Arts et Métiers ParisTech

 

Jury :

 

Mr Daniel Nélias, INSA Lyon

Laurent Barrallier, Arts et Métiers ParisTech,

Régis Kubler, Arts et Métiers ParisTech,

Martin Levesque, Ecole Polytechnique de Montréal,

Pierre-Olivier Bouchard, Mines ParisTech,

Thierry Grosdidier, Université de Lorraine,

Soutenance de thèse de Antonin SANITAS

19/12/2017

Étude expérimentale et numérique de la coulée basse-pression de l'alliage de magnésium RZ5 dans des moules en sable imprimés en 3D

 

La fabrication compétitive des pièces structurales en alliages magnésium passe par une maîtrise de la physique de la coulée au niveau du procédé d'élaboration en fonderie LPSC. Cette maîtrise globale constituera particulièrement la contribution scientifique et technique de ce projet de thèse. Il est en effet malaisé d'appréhender la coulée de pièces structurales en alliages magnésium si l'on n'a pas décrit très complètement et sous l'éclairage original : - En quoi consiste la structure métallurgique standard LPSC en liaison avec les paramètres « process » de coulée ? - Comment ces structures sont susceptibles de se transformer, de se dégrader, d'interagir avec les moules et leurs spécifications géométriques, sous l'effet des sollicitations thermomécaniques de coulée ? L'objectif de ce programme de recherche est donc de proposer une méthodologie de coulée basse pression (LPSC) de pièce directe en magnésium. Il faudra ainsi dans un premier temps, à travers les essais de simulation (mesure thermophysique et caractérisation métallographique), corréler les résultats obtenus avec la qualité de la structure métallurgique ou la qualification de défauts caractéristiques qui devra être finement analysée pour comprendre et interpréter les effets des paramètres « process » de mise en œuvre et ventiler ainsi leur échelle d'intervention (i.e. échelle des défauts). Une deuxième corrélation produit/process sera également réalisée avec les essais de coulée instrumentée en lien avec les interactions avec les moules produits par fabrication directe (technologie impression 3D en sable imprégné). Enfin, un compromis élaboration/propriétés/structure/coulabilité devra être trouvé afin d'obtenir un produit technico-économique attrayant, rentable et commercialisable. A travers ce projet de thèse, le MSMP en partenariat avec Airbus Hélicoptères, Safran, ESI, Fonderie du Midi et DANIELSSON, mettront en place une stratégie d'analyse physique et multi échelle du matériau lors de la coulée, du produit et de sa géométrie afin d'optimiser les paramètres du procédé et de réduire la variabilité du process.

 

 

Mots clés : Basse-Pression, Fonderie, Coulée basse pression, Coulabilité, Magnésium – Alliages, Magnésium – Fonderie, Fonderie

 

Directeur de Thèse : Mohamed EL MansoriI Arts et Métiers ParisTech

Co-encadrants : Marie Bedel Arts et Métiers ParisTech, Nicolas CONIGLIO Arts et Métiers ParisTech

 

Le président du jury était Etienne Patoor.

Le jury était composé de Mohamed El ansori Arts et Métiers ParisTech, Marie Bedel Arts et Métiers ParisTech, Satish Bukkapatnam Professor, Director, TEES Institute, Emmanuel Mermoz Airbus Hélicopters, Pierre Maret.

Les rapporteurs étaient Charles-André Gandin Mines ParisTech, Mirentxu Duba

Soutenance de thèse de Hadrien WEIL

16/11/2017

Modélisation du besoin fonctionnel pour la nitruration gazeuse .


La nitruration gazeuse est un traitement thermochimique permettant une meilleure résistance à la fatigue grâce à l’apport de propriétés mécaniques importantes telles que l’augmentation de la dureté et les contraintes résiduelles de compressions. Cette étude est réalisée sur un acier 33CrMoV12-9 utilisé dans l’industrie aéronautique. Un modèle complet adapté à cette nuance permet de quantifier les profils de contraintes résiduelles et de dureté en fonction des paramètres de nitruration. La prise en compte de l’apport de ces propriétés mécaniques est possible grâce à l’utilisation de critère de fatigue de type Crossland. Ce type de critère est intégré dans une méthodologie, afin de calculer la limite en fatigue dans une couche nitrurée et prédire la résistance de la pièce, ainsi que la potentielle zone d’initiation de rupture en fonction d’un chargement, d’une durée de vie et d’une probabilité à rupture donnés. L’utilisation combinée du modèle de calcul des propriétés mécaniques (dureté et contraintes résiduelles) et de la prédiction de l’initiation de rupture dans un matériau nitruré, rend possible une méthode inverse permettant de calculer les paramètres de nitruration adaptés à un chargement subi. Cette approche se justifie dans le cas de nitruration gazeuse, car il a été démontré lors de cette étude, que ce traitement reste robuste face au chargement subi par la pièce.

 

 

Mots clés : Nitruration, Acier, Fatigue, Contraintes résiduelles, Dureté, Critère de fatigue, Acier – Fatigue, Microstructure (physique)

 

 

Directeur de thèse : Pr. Laurent BARRALLIER Arts et Métiers ParisTech

 

Le président du jury était Daniel Nélias INSA Lyon.

Le jury était composé de Laurent Barrallier Arts et Métiers ParisTech, Thierry Czerwiec université de Lorraine, Sébastien Jegou Arts et Métiers ParisTech, Thibault Simon.

Les rapporteurs étaient Delphine Retraint Université de Troyes.

Soutenance de thèse de Kévin SERPIN

17/05/2017

Texturation anti-friction des portées cylindriques de vilebrequins

 

Les récentes séverisations des normes d’émission a indirectement conduit le groupe RENAULT à durcir et optimiser les spécifications appliquées aux surfaces en contact. Les portées de vilebrequins sont particulièrement concernées. A l’instar des développements produit/process liés au rodage des fûts de cylindre, il est envisagé depuis peu d’appliquer une texturation antifriction sur les tourillons et manetons. Ces portées de paliers sont actuellement superfinies par toilage, un procédé d’abrasion à la fois robuste et économique. Malheureusement, le toilage produit, en usine du moins, une unique morphologie de surface, à savoir, une striation circonférentielle intégrale. Il apparaît, en ce sens, très limité. La présente étude a pour objectif d’investiguer plus finement les capacités de texturation du toilage. Elle propose un ensemble d’analyses expérimentales visant à comprendre les limites texturales observées en production série et offre des solutions innovantes afin d’accroître très sensiblement le potentiel texturant du procédé. S’articulant autour du triptyque Procédé/Texture/Fonctionnalité, ce travail se positionne également dans une démarche globale en s’intéressant à la fois à la texturation laser, la caractérisation des surfaces texturées et à l’influence des textures sur la fonctionnalité statique et dynamique des paliers. Les résultats montrent en particulier que le procédé de toilage est capable de produire, de manière robuste, une véritable diversité de textures. Ils montrent également que la recherche de « poli miroir » pourraient être à prioriser sur les portées de vilebrequins.

 

Mots clés : Texturation, Frottements, Grippage, Vilebrequin, Toilage, Laser, Automobiles -- Moteurs – Vilebrequins, Usinage par laser, États électroniques de surface

 

Directeurs de thèse : Pr. Mohamed EL MANSORI Arts et Métiers ParisTech,

Co-encadrants : Sabeur Mezghani Arts et Métiers ParisTech.

 

Le président du jury était Pierre Montmitonnet Mines ParisTech.

 

Le jury était composé de Mohamed El Mansori Arts et Métiers ParisTech, Sabeur Mezghani Arts et Métiers ParisTech, Yvan Chastel Mines ParisTech, Elisabeth Pageot Groupe Renault.

Les rapporteurs étaient Roberto Martins de Souza Université de Sao Paulo, Michel Fillon Univesité de Poitiers.

 

 

Soutenance de Thèse de Imane OUTMANI

16/03/2017

Caractérisation des variabilités Matériaux/ Process pour une convergence produit de fonderie par approche prédictive.


Les alliages Al-Si sont largement utilisés dans l’industrie automobile en fonderie sous pression, en particulier pour la fabrication des blocs moteurs, en raison de leurs bon rapport résistance/ poids et leurs excellentes propriétés mécaniques. Du fait de l’internationalisation de la production, la composition chimique de ces alliages et les paramètres du procédé HPDC peuvent varier d’un pays à l’autre, ils peuvent même varier d’un site de fabrication à l’autre dans le même pays. Or, les conceptions des pièces automobiles sont aujourd’hui de type déterministe et elles sont réalisées sur la base des matériaux et procédés européens, ce qui peut affecter les propriétés de ces pièces dans le cas d’une localisation hors Europe. Ainsi, il est important de pouvoir adapter les conceptions rapidement et à moindre coût en prenant en compte les contraintes matériau/ process locales. Dans cette thèse, nous avons proposé une approche méthodologique permettant de prédire les caractéristiques mécaniques en fonction de la variabilité matériaux/ process en s'appuyant sur une étude expérimentale/ statistique de l’effet de la variabilité des principaux éléments d’alliage (Si, Cu, Mg) et des paramètres procédé (température de la coulée et pression d’injection) sur les propriétés mécaniques des alliages d’Al-Si moulés sous pression. La microstructure et le taux de porosités ont également été évalués. Cette méthodologie a abouti à la construction d’un outil de conception produit permettant de prédire les caractéristiques mécaniques dans le cas du changement de l’un (ou des) paramètres Matériau/ Process.

 

 

Mots clés : Fonderie sous pression, Alliages Al-Si, Plans d'expériences, Anova, Coulée sous pression, Alliages

 

Directeurs de thèse : Mohamed El Mansori Arts et Métiers ParisTech,

Co-encadrants : Laurence Fouilland-Paillé Arts et Métiers ParisTech et de Jérôme Isselin Arts et Métiers ParisTech .

 

Le président du jury était Laurent Dubar université de Valeciennes.

Le jury était composé de Mohamed El Mansori Arts et Métiers ParisTech , Laurence Fouilland-Paillé Arts et Métiers ParisTech , Jérôme Isselin Arts et Métiers ParisTech , Nicolas De Rivière.

Les rapporteurs étaient Caroline Richard Université de tour, Hamid Zaïdi Université de Poitiers.

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).