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Pôle Comportement des Matériaux et Analyses multi-échelles

Le pôle développe une approche multi-échelles du comportement mécanique d’une large gamme de matériaux de structure, fonctionnels ou géologiques en vue d’établir des lois de comportement et des modèles d’endommagement physiquement motivés pour toutes sortes de sollicitations thermo-mécaniques. L’établissement de liens clairs entre microstructure et comportement en vue d’une optimisation des performances des matériaux constitue également un objectif important.

Le groupe met en œuvre des moyens expérimentaux très riches pour caractériser, à diverses températures, les comportements à échelle macroscopique (essais bi ou triaxiaux, statiques, cycliques ou dynamiques, accompagnés de mesures des champs cinématiques par corrélation ou stéréo-corrélation d’images, DMA) mais aussi à échelle microscopique, par des essais sous MEB (en traction, compression, torsion, flexion, à l'ambiante ou à chaud et sous hygrométrie contrôlée), sous microscope à force atomique, ou encore sous rayonnement synchrotron ou tomographe de laboratoire, accompagnés de corrélation d’images 3D. Des modèles de plasticité cristalline, de dynamique des dislocations ou d’éléments finis sont développés pour l’analyse des comportements.

L’arrivée récente d’une machine de fabrication additive au LMS (machine Mobile BEAM du type DLM, Direct Laser Melting) permet à Y. Balit, dans le cadre de sa thèse financée par SNCF et DGA, d'étudier l'impact des paramètres du procédé sur la microstructure et les propriétés mécaniques d'un acier inoxydable austénitique, notamment en fatigue et d'aborder la réparation de structures métalliques, en acier ou en Inconel.

La thèse de F. De Francqueville, financée par Airbus Safran Launchers et menée en collaboration avec le PIMM vise maîtriser la relation structure /propriétés mécaniques de nouveaux propergols solides extrêmement chargés en particules micrométriques. Une modélisation intégrant une zone cohésive à l’interface polymère-renfort a permis d’étudier l’impact des paramètres de microstructure sur le comportement et sera enrichie en prenant en compte le comportement viscohyperélastique de l’élastomère et sa dépendance à la température.

L’impact d'un pré-chargement sur la rupture d’élastomères chargés en particules nanométriques de noir de carbone est abordé dans le cadre de la thèse de D. Roucou, financée par Michelin et menée en collaboration avec le LML.

Un des projets en cours porte sur l’analyse et la modélisation du rôle du glissement des joints de grains dans le comportement viscoplastique d’alliages à grains ultra-fins (100-800nm) produits par déformation plastique sévère selon le procédé ECAP (thèse A. Goyal) ou dans des métaux traditionnels, à haute temperature (thèse A. El Sabbagh, financée par la Chaire Energies Durables EDF-Ecole Polytechnique).

Le rôle des nano-macles qui confèrent aux aciers TWIP leur fort écrouissage en traction et leur remarquable ductilité est bien moins compris pour les chargements cycliques et fait l'objet de la thèse de C. D'Hondt, menée en partenariat avec l'ICMPE, qui nécessite des essais et observations à des échelles très fines (essais sous MEB avec DIC haute résolution, essais sous AFM et sous MET).

La fissuration par fatigue des rails de chemin de fer en mode mixte non-proportionnel fait l’objet, en partenariat avec la SNCF, d’une étude à la fois expérimentale et numérique qui met l’accent sur l’effet des trajets de chargement sur les vitesses et trajets de fissuration, en relation avec son effet sur la plasticité en pointe de fissure et le frottement des lèvres (thèse de Th. Bonniot).

Les performances d'un alliage d'aluminium à grains ultrafins en fatigue oligocyclique comme en fatigue poly et gigacyclique, sont analysées en collaboration avec le PIMM et l'ICMPE (thèse A. Goyal et séjour de M. Li,  Université Shanghai Jiaotong)

La thèse de M. Ruiz de Sotto, financée par Safran Aircraft Engines et menée en collaboration avec l'ICA-ISAE vise à modéliser la rupture de pièces de turbines aéronautiques en alliage de titane sous l'impact d'oiseaux. L'identification d'une loi de comportement thermo-visco-plastique anisotrope prenant en compte l'asymétrie traction-compression du matériau a nécessité une importante campagne d'essais quasi-statiques et dynamiques. Il s'agit maintenant d'identifier un modèle d'endommagement valide sous des états de contrainte variés et dans une large gamme de températures et vitesses de sollicitation.

Des travaux menés en collaboration avec l'ANDRA visent à mettre en évidence les micro-mécanismes impliqués dans la déformation irréversible et l’endommagement de l'argilite de Bures, matériau complexe et composite et roche hôte du centre de stockage souterrain Cigeo. Des essais mécaniques sont menés sous MEBou couplés à de la tomographie, dans des conditions d’hygrométrie contrôlées, mais aussi des cyclages hydriques, afin de cartographier (en 2D et en 3D) les déformations irréversibles liées au gonflement/retrait des feuillets des particules d’argile.