Soutenances

Soutenances de thèses et d'HDR

29/10/2013 - Soutenance de thèse de Mouna BEN HASSINE

Mouna BEN HASSINE soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

 

Modélisation du vieillissement thermique et mécanique des protections externes en EPDM de jonctions rétractables à froid

 

Le Mardi 29 octobre 2013 à 10h30
Amphi ESQUILLAN
Arts et Métiers ParisTech 151 Boulevard de l'Hôpital
75013 Paris

 

 

Jury de thèse :

M. François-Xavier PERRIN, Professeur, MAPIEM, Université du Sud Toulon-Var, Rapporteur
M. Raphael ESTEVEZ, Professeur, SIMAP, Université INP-Grenoble, Rapporteur
M. Lucien LAIARINANDRASANA, Maître de Recherche, HDR, Centre des matériaux, Mines ParisTech, Examinateur
Mme Florence BRUNO, Ingénieur de recherche, Responsable du pôle matériaux&procédés, LRCCP, Examinateur
M. Xavier COLIN, Professeur, PIMM, ENSAM Paris, Examinateur
M. Moussa NAIT-ABDELAZIZ, Professeur, LML, Université Lille 1, Examinateur
M. Fahmi ZAIRI, Maître de conférences, HDR, LML, Université Lille 1, Examinateur
M. Christophe TOURCHER, Ingénieur de recherche, LME, EDF R&D, Examinateur
M. Gregory MARQUE, Ingénieur de recherche, MMC, EDF R&D, Invité

 

Résumé : L’objectif de cette thèse est l’étude des conséquences de la thermo-oxydation sur la structure chimique et le comportement mécanique d’un Ethylène Propylène Diène Monomère (EPDM). Afin de déterminer les modifications à différentes échelles structurales, quatre formulations modèles sont étudiées : la gomme pure, les matrices vulcanisées stabilisée et non stabilisée et l’élastomère industriel. L’ensemble des échantillons est vieilli entre 70 et 200°C dans l’air ou sous vide puis caractérisé par divers outils analytiques. La thermogravimétrie donne accès aux variations de masse résultant de l’incorporation de l’oxygène et l’émission de composés volatils. L’analyse infrarouge permet de suivre les évolutions des espèces chimiques. Les essais de gonflement, de chromatographie et de spectrométrie mécanique permettent de calculer les nombres de coupures de chaînes et d’actes de réticulation à chaque instant. Sur la base de ces résultats, un modèle cinétique général de thermo-oxydation de la matrice EPDM est proposé et en partie validé. Les conséquences du vieillissement thermique sur le comportement mécanique de l’élastomère industriel sont mises en évidence par des essais de traction uniaxiale et de multi-relaxations à température ambiante. L’impact du vieillissement thermique sur les propriétés ultimes et, les réponses à l’équilibre et hors équilibre est examiné. Un critère prédictif de rupture basé sur la mécanique de la rupture est proposé. Enfin, le couplage vieillissement thermique-contrainte mécanique est étudié par des essais de relaxation de contraintes continues entre 130 et 170°C dans l’air. Les modifications de la microstructure pendant le vieillissement thermique sont intégrées dans les équations constitutives du modèle mécanique macroscopique afin de proposer un outil de prédiction du comportement à long terme de l’élastomère industriel. La simulation numérique montre une bonne adéquation avec les résultats expérimentaux.

Mots clés : Elastomère EPDM, thermo-oxydation, modifications moléculaires et macromoléculaires, mécanique de la rupture, réponse viscoélastique aux grandes déformations, couplage chimie-mécanique.

 

Modelling of thermal and mechanical ageings of the external protection of a cold shrinkable junction made of EPDM rubber

Abstract: The aim of this work is to study the consequences of the thermal oxidation on the chemical structure and mechanical behavior of an Ethylene-Propylene-Diene Monomer (EPDM). In order to determine the structural changes at different scales, four model formulations have been considered: free additive gum, stabilized and unstabilized vulcanized matrix and industrial rubber. All samples were aged between 70 and 200°C in air or vacuum and characterized by several analytical tools. Thermogravimetry gives access to weight variations due to oxygen grafting and volatile compounds release. Infrared analysis is used to follow chemical species evolutions. Swelling tests, chromatographic and mechanical spectrometry tests allow calculating the number of chain scission and cross-linking events at any time. Based on these results, a general kinetic model is proposed and partially validated for EPDM matrix thermal oxidation. The consequences of thermal ageing on the mechanical behavior of the industrial rubber are pointed out by monotonic tensile and multi-step stress relaxation tests at room temperature. The impact of thermal ageing on ultimate properties and, equilibrium and non-equilibrium response are examined. A predictive failure criterion based on fracture mechanics approach is proposed. Finally, the coupling between thermal ageing and mechanical stress is studied by continuous stress relaxation tests between 130 and 170°C in air. The microstructural modifications during thermal ageing are introduced into the constitutive equations of the macroscopic mechanical model in order to propose a predictive tool of the long time behavior of the industrial rubber. The numerical simulation is in good agreement with experimental results.

Keywords: EPDM rubber, thermal oxidation, molecular and macromolecular changes, large strain viscoelastic response, fracture mechanics, chemo-mechanical coupling.

 

05/07/2013 - Soutenance de thèse de Myriam Gharbi

Myriam GHARBI soutiendra publiquement ses travaux de thèses intitulés :

«Etats de surface de pièces métalliques obtenues en Fabrication Directe par Projection Laser (FDPL) : compréhension physique et voies d’amélioration» 

Le vendredi 05 juillet 2013 à 10 heures 30

Arts et Métiers ParisTech
151 Boulevard de l'Hôpital 75013 Paris
Grand Amphi

Directeur de thèse : Patrice PEYRE (LASER)
Co-directeur de thèse : Remy FABBRO (LASER)

 

Jury
Philippe BERTRAND, Maitre de Conférences HDR, ENISE St Etienne, Rapporteur
Pierre SALLAMAND, Professeur, IRM (LTm) -ICB, Le Creusot, Rapporteur
Bruno COURANT, Maitre de Conférences, GeM, Université de Nantes, Examinateur
Christophe COLIN, Enseignant-chercheur, Centre des Matériaux, Mines ParisTech, Evry  Examinateur
Muriel CARIN, Maitre de Conférences, LIMATB, Université de Bretagne , Examinateur
Véronique FAVIER, Professeur, PIMM, Arts et Métiers ParisTech, Paris,  Examinateur
Rémy FABBRO, Directeur de Recherche CNRS, PIMM, Arts et Métiers ParisTech, Paris, Examinateur
Patrice PEYRE Directeur de Recherche CNRS, PIMM, Arts et Métiers ParisTech, Paris, Examinateur

 

Résumé .
Le procédé de fabrication directe par projection laser (FDPL), est un procédé de fabrication additive qui permet de fabriquer des pièces de forme complexe directement à partir d’un fichier CAO, sans outil et sans moule. L'un de ses inconvénients majeurs est la mauvaise qualité des états de surface obtenus (Ra supérieur à 15 μm) qui nécessite systématiquement des étapes de ré-usinage. Dans ce contexte, et dans le cadre du projet ANR « ASPECT », cette thèse a pour double objectif une meilleure compréhension de l'origine des états de surface dégradés, et le développement de différentes solutions expérimentales innovantes permettant d’améliorer les états de surface.

Dans un premier temps, en considérant des géométries simples (murs) en alliage de titane Ti-6Al-4V, nous avons étudié l’interaction faisceau laser / jet de poudre / bain liquide métallique par différents diagnostics (caméra rapide, caméra thermique, pyrométrie…) pour comprendre l'évolution de la géométrie, la thermique et l’hydrodynamique de la zone fondue (ZF). Ces analyses nous ont permis de corréler les évolutions des ZF à celles des états de surface, et de mettre en évidence, sur le Ti-6Al-4V la prépondérance des effets de tension superficielle sur les effets de gravité, dans l'équilibre des ZF, et l'effet bénéfique de zones fondues larges et profondes combinées à de faibles hauteurs par couche, dans la réduction des micro et macro-rugosités. La réduction du débit massique local Dm* en vis-à-vis des parois latérales et l'augmentation du rayon de courbure des ZF avec l'élargissement des ZF (donc avec des rapports El= P/V (J/m) élevés) sont à l'origine des effets bénéfiques obtenus. Différents modèles analytiques et numériques ont également été utilisés ou développés, en complément des résultats expérimentaux, pour décrire le procédé (modèle d'interaction laser-poudre, modèle numérique thermique 3D du procédé, modèle de calcul des ondulations périodiques).

En utilisant un large spectre de conditions expérimentales, et une caractérisation rigoureuse des conditions de fabrication (analyses de faisceau, de jet de poudre …) nous avons également apporté des améliorations notables à la qualité des états de surface obtenus. Ainsi, l'utilisation d'un éclairement laser uniforme plutôt que quasi-Gaussien, ou l'utilisation d'un régime quasi-pulsé plutôt que continu ont permis, sur le Ti-6Al-4V de réduire significativement les gradients thermiques en ZF et les mouvements de convection de Marangoni associés, et d'obtenir des qualités d'états de surface fortement améliorées (Ra< 3 μm) par rapport aux études antérieures sur le sujet.

Pour finir, une partie de l'étude s'est concentrée sur l'utilisation d'un autre matériau : l'acier inoxydable 316L, afin d'analyser l'influence de la nature chimique et des propriétés thermo-physiques de la poudre projetée sur la qualité des états de surface. Les résultats ont montré que, contrairement à l'alliage de titane, les meilleures rugosités étaient obtenues pour les énergies linéiques El (J/m) les plus faibles, en raison de la formation, à El élevé, de macro-agglomérats de poudre sur les parois des murs. Ce résultat confirme la difficulté d'une approche prédictive globale des états de surface à partir des paramètres thermo-physiques des matériaux projetés.

 

Mots clés :. Laser, procédé laser, fabrication directe, FDPL, projection laser, état de surface, étude hydrodynamique, Simulation Numérique, Comsol

 

 

 

 

Groupe(s) de recherche lié(s): 
Laser : Procédés Laser

02/07/2013 - Soutenance de thèse d'Houda Yahyaoui

Houda YAHYAOUI soutiendra publiquement ses travaux de thèses intitulés :

«Effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement sous chargements monotone et cyclique de l’acier perlitique C70»

 

Le 02 juillet 2013 à 14 heures

Arts et Métiers ParisTech
151 Boulevard de l'Hôpital 75013 Paris
Salle des Conseils

Co-directeur de thèse : Habib Sidhom
Co-directeur de thèse : Chedly Braham

 

Jury
Manuel FRANCOIS, Professeur, LASMIS, Université de Technologie de Troyes, Rapporteur
Tarak BOURAOUI, Professeur, LGM, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir, Rapporteur
Jean Michel SPRAUEL, Professeur, Institut des Sciences du Mouvement Aix Marseille Université, Examinateur
Andrzej BACZMANSKI, Professeur, Faculty of Physics and Applied Computer Science, Cracovie, Examinateur
Habib SIDHOM, Professeur, LMMP, Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Tunis, Examinateur
Chedly BRAHAM, Maitre de conférences, PIMM, Arts et Méteirs Paritech, Examinateur
Nicolas RANC, Maitre de conférences, PIMM, Arts et Métiers Paritech, Invité
Hervé MICHAUD, Ingénieur, Ascometal C.R.E.A.S, Invité

 

Effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement sous chargements monotone et cyclique de l’acier perlitique C70

Résumé : L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement sous chargements monotone et cyclique de l’acier perlitique C70 a été étudié dans ce travail. Une démarche expérimentale conjuguant les techniques de traction « in-situ » sous DRX et traction « in-situ » sous MEB couplées à une modélisation auto-cohérente a été adoptée pour identifier l’effet de l’espacement interlamellaire sur les mécanismes de déformation, les paramètres de plasticité de la ferrite, les déformations élastiques et les distributions des contraintes résiduelles. Les essais ont été effectués sur deux microstructures, à deux espacements interlamellaires différents, résultant de deux traitements thermiques de l’acier C70. Il a été montré que l'écoulement plastique de la structure perlitique est contrôlé par celui de la ferrite lequel est gouverné par l’espacement interlamellaire. Il en est de même pour les distributions des contraintes résiduelles, résultant de la déformation plastique de la structure perlitique. L'identification par le modèle auto-cohérent des cissions critiques  a confirmé l'effet de l'espacement interlamellaire sur le début de l'écoulement plastique de la ferrite. Elle attribue la plus faible valeur de  pour la structure de plus grand espacement interlamellaire Sp = 230 nm, MPa. Les calculs à l'aide du modèle auto-cohérent ont permis de mettre en évidence l'anisotropie élastique à l'échelle des phases et l'effet de l'espacement interlamellaire sur les rigidités et les limites d'écoulement directionnelles. L'analyse microstructurale des sous-structures de déformation par traction uni-axiale de la perlite a mis en évidence l'hétérogénéité de déformation et d'endommagement à l'échelle des phases (ferrite et cémentite). Il a été établi que la déformation plastique de la perlite est caractérisée par le développement de bandes de cisaillement d'intensité et d'étendue dépendant de l'orientation des colonies de perlite par rapport à la direction de chargement. Ces bandes sont le siège de l'amorçage des fissures par cisaillement des lamelles de cémentite lorsque le taux de déformation macroscopique excède 15%. Ce mécanisme opère qualitativement de la même manière pour les deux microstructures étudiées.  L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement en fatigue giga-cyclique a été étudié par des essais de fatigue, conduits sur une machine ultrasonique offrant des fréquences de chargement de 20 KHz. Des différences de 30 MPa, pour la microstructure à SP= 230 nm, et de 50 MPa pour la microstructure  à SP= 170 nm entre les limites de fatigue conventionnelle (106cycles) et giga-cyclique (109cycles) ont été obtenues sur la base de l’analyse des résultats d’essais de fatigue. L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement en fatigue méga-cyclique et giga-cyclique de l’acier perlitique C70 apparait peu significatif (ΔσD de 25 à 50 MPa) comparativement aux caractéristiques mécaniques de traction (ΔRe =100 MPa, ΔRm = 127 MPa). Les limites de fatigue giga-cycliques obtenues, intègrent l’effet bénéfique des contraintes résiduelles de compression dans la ferrite, partiellement relaxées sous chargement giga-cyclique. Ces limites de fatigue intègrent également les effets d’écrouissage (durcissement superficiel de la ferrite) induit par l’usinage des éprouvettes et par écrouissage cyclique. L’examen des sites d’amorçage des fissures de fatigue révèle essentiellement un amorçage en surface dans le domaine méga-cyclique et mixte en surface et/ou en sous-couches dans le domaine de fatigue giga-cyclique. En conséquence, les résultats expérimentaux peuvent être interprétés sur la base des effets des propriétés de surface stabilisées et de la microstructure (espacement interlamellaire). Le recours à un critère de fatigue uni-axial de type Goodman permet d’identifier d’une manière qualitative la contribution des différents facteurs d’influence, ci-dessus cités, dans la résistance à l’amorçage des fissures de fatigue.

Mots clés : Acier perlitique, Diffraction X, Modèle auto-cohérent, Fatigue giga-cyclique.

 

Effect of interlamellar spacing on the monotonic and cyclic behavior of C70 pearlitic steel

Abstract: The effect of pearlite interlamellar spacing on the monotonic and cyclic behavior of C70 pearltic steel was investigated. Tensile tests under scanning electron microscope and under X-ray diffraction coupled with self-consistent model have been used to clarify the role of interlamellar spacing on the deformation mechanisms, ferrite critical shear stress, lattice strain and plastic induced residual stress. Tests have been carried out on two microstructures with different interlamellar spacing, resulting from various heat treatments of C70 pearlitic steel. It has been established that the pearlite deformation is controlled by mechanisms occurring in ferrite. Then yielding of pearlite is controlled by ferrite critical shear stresses) which are equal to 75 MPa for interlamellar spacing Sp = 230 nm and 105 MPa for interlamellar spacing Sp =170 nm. The pearlite deforms inhomogeneously under tensile loading by localized shearing in intense shear bands. These bands propagate across pearlite colonies with cementite lamellae preferentially oriented parallel or slightly inclined to the tensile axis. In the large shear bands, parallel cementite plate offsets before fracture and contributes to the occurrence of localized damage. Outside the shear bands, cementite kinks and bends in randomly distributed pearlite colonies with lamellae perpendicular to the tensile axis. The plastic incompatibility between ferrite and cementite create a residual stress partitioning as compressive in ferrite and tensile in cementite. The level of measured residual stress in ferrite is higher for the largest interlamellar spacing under the same imposed total strain. Giga-cycle fatigue tests were performed to identify the effect of interlamellar spacing on the fatigue limit and cracks nucleation. Tests were performed on an ultrasonic machine at a frequency of 20 KHz. The difference of the fatigue strength between 106 and 109 cycles is about 30 MPa for a pearlite with interlamellar spacing Sp = 230 nm and 50 MPa for a pearlite with Sp= 170 nm. The effect of interlamellar spacing on the mega-cyclic (106 cycles) and giga-cyclic (109 cycles) fatigue limit of pearlitic steel C70 appears not significant (ΔσD 25 to 50 MPa) compared to the mechanical characteristics (ΔRe = 100 MPa, ΔRm = 127 MPa). Giga-cyclic fatigue limit obtained, includes the beneficial effect of stabilized compressive residual stresses in the ferrite. It also includes the effects of hardening induced by the machining test and cyclic hardening. However, any significant effect of interlamellar spacing on the C70 fatigue limits has been shown. The analysis of fracture surface under SEM shows that failures initiated on surface for the mega-cyclic regime and on different sites (surface or internal) for the giga-cyclic regime. Consequently, the experimental results can be interpreted on the basis of the effects of stabilized surface properties and microstructure (interlamellar spacing). The use of a standard uni-axial fatigue Goodman criterion would identify qualitatively the contribution of different factors, cited above, in the fatigue crack initiation resistance.

Keywords : Pearlitic steel, X-ray diffraction, Self-consistent model, Giga-cycle fatigue.

 

Groupe(s) de recherche lié(s): 
CoMet : Comportement et microstructure des Métaux

28/06/2013 - Soutenance d'HDR d'Emmanuel Richaud

Emmanuel Richaud soutiendra son HDR intitulée:

Oxydation radicalaire et stabilisation – Modélisation cinétique

le vendredi 28 juin à 14h00
151. boulevard de l'Hôpital
75013 PARIS
Grand Amphi

 

Rapporteurs
Mme Sindee L. Simon, Professeur,  Texas Tech University, Lubbock (Texas)
Mr Luc Averous, Professeur, Ecole de Chimie, Polymères et Matériaux (ECPM), Strasbourg
Mr Jean-Luc Gardette, Professeur, Institut de Chimie de Clermont Ferrand, Aubière

 

Examinateurs
Mr Mat Celina, Directeur de Recherches, Sandia National Laboratories, Albuquerque (Nouveau Mexique)
Mr Alain Fradet, Professeur, Laboratoire de Chimie des Polymères, Paris
Mr Didier Gigmès, Directeur de Recherches, Institut de Chimie Radicalaire, Marseille
Mr Jean-Pierre Pascault, Professeur, INSA de Lyon, Villeurbanne
Mr Jacques Verdu, Professeur, Arts et Métiers ParisTech, Paris

12/06/2013 - Soutenance de thèse de Henri-François Boyer

Henri-François BOYER soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

"Usinage à sec ou MQL Quantification et prise en compte des dilatations thermiques durant le process"

Le 12 Juin 2013 à 10 heures

Amphi Esquillan

Arts et Métiers ParisTech 151 Boulevard de l'Hôpital 75013 Paris

Directeur de thèse : Philippe LORONG

Co-encadrement de thèse : Nicolas RANC

 

Jury :

Daniel DUDZINSKI, Professeur, LEM3, Univesité de Metz, Rapporteur

Joël RECH, Professeur, ENISE, Rapporteur

Jean Yves HASCOET, Professeur, Laboratoire IRCCYN, Ecole Centrale Nantes, Examinateur

Philippe LORONG, Professeur, Art et Métiers ParisTech, Directeur de thèse

Nicolas RANC, Maître de Conférences, Arts et Métiers ParisTech, Examinateur

Patrice CARRAS, Renault SA, Invité

Franck KOPPKA, Renault SA, Invité

 

Résumé :

L’industrie automobile cherche à réduire son utilisation des liquides de coupe en usinage pour des raisons économiques, environnementales et sanitaires. Les fabricants développent ainsi la démarche Minimum Quantity Lubrication qui vise à réduire au strict minimum l’utilisation des liquides de coupes en usinage. En l’absence de liquide de coupe, la stabilisation thermique de la pièce n’est plus assurée et des échauffements locaux apparaissent. Ces échauffements créent des déformations qui doivent être quantifiés et pris en compte afin d’assurer la conformité de la géométrie produite.

Une démarche de modélisation de l’échauffement d’une pièce pendant l’usinage est présentée. Le modèle obtenu permet à la fois de quantifier la quantité de chaleur introduit dans la pièce pour des usinages simples et de simuler les déformations d’une pièce complexe lors de l’enchainement d’opération d’usinage. Cette quantification repose sur une méthode inverse. Elle est appliquée à des opérations de fraisage, perçage et taraudage d’un alliage d’aluminium AS9U3. Dans un second temps, une étude de l’influence de l’ordonnancement des opérations d’usinage d’un carter de boite de vitesses automobile sur la qualité de la géométrie produite est conduite. Cette étude illustre l’intérêt du modèle de simulation et des outils développés pendant la thèse. Enfin, les enjeux économiques et environnementaux de la technologie MQL seront abordés.

Mots clés : usinage à sec, MQL, thermique, simulation numérique

 

Dry or MLQ machining – Quantification and consideration of thermal distortions aloong the process

Abstract : The application of MQL or dry machining in mass production becomes more and more accepted. Dry (MQL) machining is a very efficient solution to reduce the usage of cutting fluids and represents an effective measure for an environmental friendly production. However, these techniques do not benefit any more from the stabilization in temperature obtained with cutting fluids. More important and more heterogeneous increases of the temperature are observed. This leads to distortions of the work piece during machining which are necessary to be taken into account to maintain the geometrical quality of the manufactured surfaces. A model of the warm-up of a part during machining is presented. The obtained model allows to quantify heat introduced into the work piece for simple operations and to feign the distortions of a complex part when operations are enchained. This quantification is based on an inverse method. It is applied for reaming, drilling and tapping process for an aluminum alloy AS9U3. Secondly, a study about influence of operations organization is done. We use the model to quantify distortions an aluminum clutch case along machining. This study illustrates interest of the model and of tools developed during the PhD. In a last part, economic and environmental stakes of the MQL approach are discussed.

Keywords : MQL Machining, Dry Machining, Heat Transfer, Simulation

Groupe(s) de recherche lié(s): 
DYSCO : DYnamique Structures Systèmes et Contrôle

23/05/2013 - Soutenance de thèse de Jean-Sebastien Charrier

Jean-Sebastien CHARRIER

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

Développement de méthodologies dédiées à l’analyse robuste de la tenue de structures composites sous chargements complexes tridimensionnels.

Soutenance prévue le jeudi 23 mai 2013 à 14h00
  Onera 29 avenue de la division leclerc 92320 Châtillon

Composition du jury proposé

M. Malk BENZEGGAH

 

 

Université Technologique de Compiegne

 

Rapporteur

M. Dominique PERREUX

 

 

Université de Franche-Comté

 

Rapporteur

M. Etienne BALMES

 

 

Arts et Métiers ParisTech - PIMM

 

Examinateur

M. Eric MARTIN

 

 

LCTS / Université de Bordeaux

 

Examinateur

M. Stéphane MAHDI

 

 

Airbus France SAS

 

Examinateur

M. Frédéric LAURIN

 

 

Onera

 

Examinateur

M. Nicolas CARRERE

 

 

ENSTA Bretagne / Université de Brest

 

Examinateur

 

Mots-clés :

Matériaux composites,Délaminage,Critère de rupture,Identification des résistances hors-plan,

 

Résumé :

L’usage des matériaux composites, et en particulier des stratifiés d’unidirectionnels, ne cesse de croître dans les structures aéronautiques en raison de leur rapport masse/rigidité/résistance très intéressant. Leur utilisation s’étend désormais aux structures primaires (jusqu’ici en matériaux métalliques) des futures gammes d’avions. Dans les structures vitales de l’avion, les pièces en composites contenant des cornières composites sont de plus en plus nombreuses. Ces pièces sont soumises à des sollicitations complexes qui induisent des modes de rupture tridimensionnelle. Or, la tenue mécanique hors-plan est l’une des principales faiblesses des stratifiés d'unidirectionnels et la prévision de la tenue de structures soumises à des chargements tridimensionnelles reste actuellement un challenge scientifique. Il semble indispensable de proposer des modèles matériaux innovants offrant un degré moindre d’empirisme que les approches actuellement utilisées en bureau d'études pour le dimensionnement de structures composites mais aussi il s'avère nécessaire de proposer les procédures d’identification associées. L’objectif de cette thèse est donc de proposer une stratégie robuste pour l’analyse de la tenue de structures composites soumises à des sollicitations tridimensionnelles. Nous avons proposé une approche progressive de la rupture 3D permettant de prévoir les différents types d'endommagement et modes de ruine pouvant intervenir dans un composite stratifié. Une procédure originale d’identification des résistances hors-plan de traction et de cisaillements à partir d'essais sur cornières composites stratifiées a également été proposée. Enfin, des essais de dépliages/pliages sur cornières ont été réalisés afin valider l'approche 3D de la rupture proposée.

 

 

27/05/2013 - Soutenance de thèse d'Amin Shabani

Amin SHABANI 

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

Vieillissement thermique et radiochimique de matrices EPDM pures et chargées d’ATH: Mise au point de relations structure/propriétés

le lundi 27 mai 2013 à 14h00
  151, boulevard de l'Hôpital,
75013, Paris, France
Amphi Esquillan

 

Composition du jury proposé 

Mme Florence  DELOR-JESTIN

 

 

ENSCCF

 

Rapporteur

M. Gregory B. MCKENNA

 

 

Texas Tech University

 

Rapporteur

M. Xavieur COLIN

 

 

PIMM, ENSAM Paris

 

Examinateur

M. Grégory MARQUE

 

 

EDF

 

Examinateur

Mme Isabelle ROYAUD

 

 

Université de Lorraine

 

Examinateur

M. Fahmi ZAÏRI

 

 

Université Lille1

 

Examinateur

M. Yannick GOUTILLE

 

 

NEXANS NRC

 

Invité

 

Mots-clés :

EPDM,ATH, réticulation, vieillissement

 

Résumé :  

La prédiction de la durée de vie des isolants en EPDM des câbles de faible à moyenne tension dans les centrales nucléaires se heurte à la méconnaissance des relations structure/propriétés mécaniques et l’absence de critères de fragilisation structuraux pertinents. Pour tenter de combler cette lacune, trois matrices EPDM chargées par 0, 33 et 100 phr de particules d’ATH vierges ou ensimées ont été réticulées par le peroxyde de dicumyle à 170°C, avant de subir un vieillissement thermique à 90, 110 et 130°C, ou radiochimique à 40°C sous 0,1, 1 et 10 kGy.h-1 dans l’air. Une approche multi-échelles a été mise en place pour déterminer l’oxydation des matrices EPDM à l’échelle moléculaire et ses conséquences aux échelles macromoléculaire et macroscopique, à l’aide de plusieurs techniques de caractérisation complémentaires : spectrophotométrie IRTF, calorimétrie différentielle, rhéométrie à l’état fondu, gonflement dans un solvant, traction uniaxiale, etc. Les relations structure-propriétés établies dans cette étude permettent d’expliquer, en autre, la dégradation des propriétés élastiques et à la rupture des matrices EPDM par coupures de chaines, et le renforcement des interphases charge/matrice sous l’action de mécanismes physico-chimiques spécifiques des conditions d’oxydation.

 

 

19/04/2013 - Soutenance de thèse de Denis Defauchy

Denis DEFAUCHY soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :
Simulation du procédé de fabrication directe de pièces thermoplastiques par fusion laser de poudre

Le Vendredi 19 avril 2013
à 13h30 en Amphi Bézier
Arts et Métiers ParisTech
151, Boulevard de l’Hôpital
75013 Paris

Directeur de thèse : Gilles REGNIER
Co-encadrement de la thèse : Patrice PEYRE

 

Jury
Luc CHEVALIER, Professeur des Universités, Université de Marne la Vallée, MSME, Rapporteur
Fabrice SCHMIDT, Professeur des Universités, Ecole des Mines d’Albi-Carmaux, ICA-Albi, Rapporteur
Francisco CHINESTA, Professeur des Universités, Ecole Centrale de Nantes, GeM, Examinateur
Amine AMMAR, Professeur des Universités, Arts et Métiers Paritech, LAMPA, Examinateur
Gilles SURDON, Docteur, Dassault Aviation, Centre de développement exloratoire, Examinateur
Gilles REGNIER, Professeur des Universités, Arts et Métiers Paritech, PIMM, Examinateur
Patrice PEYRE, Directeur de Recherche CNRS, Arts et Métiers Paritech, PIMM, Examinateur

 

Résumé : Le procédé de fabrication directe de pièces thermoplastiques est un procédé innovant qui permet de créer sans outillage, à partir d’une modélisation géométrique numérique, des pièces de géométrie complexe en quelques heures. La fabrication dite additive est réalisée par étalement successif de couches de poudre thermoplastique de quelques dizaines de microns, dont une partie est fondue sous rayonnement laser et refroidie lentement afin de permettre la densification de la poudre par diffusion de l’air emprisonné. La résistance mécanique finale du matériau dépend fortement de cette densification. Un grand nombre de paramètres procédé et matériau influencent les mécanismes physiques mis en jeu qui sont contrôlés par la thermique du procédé. La clé de la maîtrise de ce procédé réside dans la parfaite maîtrise de la thermique du lit de poudre. Cette étude a pour objectif de modéliser le procédé de fabrication directe de pièces thermoplastiques haute température de type PEEK. Dans un premier temps, une simulation microscopique de la fusion laser d’un lit de poudre préchauffé et de la coalescence des grains est développée à l’aide de la méthode C-NEM implémentée sur le logiciel Matlab. Les cycles thermiques, la densification et le soudage des grains sont étudiés en fonction des paramètres matériau et procédé. Dans un second temps, l’étude de la thermique d’une couche de poudre à l’état liquide refroidie par apport d’une nouvelle couche de poudre par-dessus est menée à l’aide d’un logiciel éléments finis commercial. L’objectif est de définir les conditions d’étalement permettant au polymère fondu de rester à l’état liquide.

 

Mots clés : fusion, laser, sélective, simulation, frittage, poudre, thermoplastique, coalescence, densification, polymère.

28/01/2013 - Soutenance de thèse de Maryse Muller

Maryse MULLER soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

 

« L’étude du processus d'initiation par laser de la combustion d'un alliage métallique sous atmosphère d'oxygène. »

“Investigation on Laser Initiation and Propagation of the Combustion of Mild Steel and Stainless Steel in an Oxygen Atmosphere.”

 

 

le lundi 28 janvier 2012 à 14h dans l'amphithéâtre Bézier,

Arts et Métiers ParisTech 151 Boulevard de l'Hôpital 75013 Paris

 

Directeur de thèse : GARO Jean-Pierre (PPRIME)

Co-directeur de thèse : Rémy FABBRO (PIMM)

Co-encadrant de thèse : Hazem EL-RABII (PPRIME)

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Jury

A. Germain - Prof. Université de Liège

P. Hervé - Prof. Université Paris Ouest

H. El-Rabii - Chargé de Recherche PPRIME Poitiers

R. Fabbro - Dr. de Recherche PIMM Paris

J. P. Garo - Prof. Université Poitiers

J. C. Rostaing - Dr. Sci. Air Liquide

T. A. Steinberg - Prof. QUT Brisbane Australie

D. Veynante - Dr. de Recherche EMC2 Paris

 

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Résumé

En présence d'une atmosphère riche en oxygène, à haute pression, un composant métallique porté au-delà d'une certaine température seuil, subit dans certaines conditions un processus de combustion ou d'inflammation rapide, qui peut endommager plus ou moins sérieusement, voire détruire complètement, le composant en question. Les problèmes liés à l’inflammabilité des métaux concernent tout domaine d’ingénierie mettant en jeu des métaux en contact avec de l’oxygène à forte concentration et/ou sous pression (industrie aéronautique et spatiale, secteur médical, industrie gazière etc.)

Il existe depuis les années 70 un test standard pour l’évaluation de la compatibilité à l’oxygène des matériaux métalliques. Ce test standard consiste à allumer un barreau cylindrique de métal sous oxygène afin de déterminer la pression ou concentration seuil d’oxygène menant à la destruction totale de l’échantillon et la vitesse de propagation de la combustion qui s’ensuit. Ce test présente plusieurs inconvénients : la phase d’initiation est généralement mal étudiée, soit parce que son étude est rendue impossible par la technique d’allumage utilisée (amorce pyrotechnique), soit parce qu’il a été obtenu dans une configuration correspondant assez peu aux conditions réelles des accidents (chauffage en volume). Par ailleurs, très peu d’attention a été donnée jusqu’à présent à l’influence d’écoulements d’oxygène à la surface de l’échantillon sur la propagation de la combustion.

Cette thèse propose une approche originale d'étude de la combustion du fer et des aciers au carbone et inoxydable sous atmosphère d’oxygène, afin de comprendre et de définir les conditions d'initiation et de propagation de la combustion de pièces métalliques en utilisant un laser focalisé comme source d’initiation. À cette fin, les mécanismes successifs de l’initiation par laser de la combustion puis sa propagation ont été étudiés.

Le travail de cette thèse s’articule en deux parties. Dans la première partie, une étude expérimentale de l’influence des paramètres d’initiation de la combustion par laser, des conditions de soufflage d’oxygène, et de pression statique sur l’initiation et la propagation a été réalisée dans une configuration expérimentale originale (propagation de haut en bas), grâce à la mise en œuvre de divers outils d’instrumentation : visualisation par caméra rapide, pyrométrie optique, thermocouples, analyses métallographiques. Une attention particulière a été donnée à la notion de seuil en énergie (laser) menant à l’initiation de la combustion, à la propagation ou à la destruction totale de l’échantillon, qui ont été déterminés dans différentes conditions de soufflage.

Sur la base des données expérimentales précédemment obtenues, la deuxième partie de ce travail de thèse a consisté en la mise au point de simulations numériques (sous le logiciel commercial COMSOL Multiphysics) de ces expériences (limitée au démarrage de la combustion). Des paramètres inconnus liés à la réaction ont été ajustés afin de reproduire au mieux l'évolution des divers phénomènes observés (les champs thermiques, la dynamique d'inflammation, le comportement du bain liquide, la déformation géométrique etc.). L’ensemble de ce travail a permis de formuler une phénoménologie de l’initiation et de la propagation de la combustion par laser ainsi qu’une interprétation physique de celle-ci.

Mots-clés : allumage, laser, initiation, propagation, combustion, métal, alliages métalliques, oxygène, pression, modélisation multiphysique.

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Abstract

 

A metallic component placed in an oxygen-enriched atmosphere undergoes a rapid process of ignition when carried beyond a threshold temperature, which may result in severe damage or even in its complete destruction. Problems related to the flammability of metals affect any field of engineering involving metals in contact with oxygen at high concentration and/or high pressure (gas industry, aerospace industry, medical industry etc.).

A standard testing of metal for assessing the compatibility with the oxygen of metallic materials exists since the 70's. This standard test consists mainly in the ignition of small cylindrical rods of metal under increasing pressure in order to determine the oxygen pressure threshold leading to the destruction of the sample and the propagation velocity of combustion that follows. Several disadvantages of this test can be identified: the initiation phase is generally poorly studied, either because this study is made impossible by the ignition technique used (promoter), or because it was obtained in a configuration quite far from actual accident conditions (heating in volume). Moreover, little attention has been given so far to the influence of oxygen flowing at the sample surface on the propagated combustion regime.

This thesis proposes an original approach for the investigation of iron and steels combustion in an oxygen atmosphere, aiming at understanding the conditions for initiation and propagation of the combustion of metal parts ignited by a focalized laser source. To this end, the successive stages, from initiation to self-sustained combustion regime of the rod ignition were investigated.
The work of this thesis can be divided in two parts. In the first part, an experimental investigation the effect of multiple parameters such as laser ignition parameters, oxygen speed, and static pressure on the initiation and propagation was carried out using an original experimental setup (with combustion spreading downward) and various instrumentation and monitoring equipment has been made such as: visualization by high-speed camera, optical pyrometry, thermocouples, metallographic analyzes. Particular attention has been given to the notion of threshold energy (laser) leading to the initiation of combustion, the spread or total destruction of the sample, which were determined under various oxygen speed rate.

Based on experimental data obtained previously, the second part of this work has consisted in the development of numerical simulations (with the commercial software COMSOL Multiphysics) of these experiments (only the initiation and localized combustion stages). Unknown parameters associated with the chemical reaction were adjusted to best reproduce the evolution of various phenomena (thermal fields, dynamics of inflammation, behavior of the liquid bath, geometric distortion etc.). This work allowed us describing a phenomenology of initiation and propagation initiated by a laser source and a physical interpretation thereof.

Key words: ignition, laser, initiation, propagation, combustion, metal, metallic alloys, oxygen, pressure, modeling.

31/01/2013 - Soutenance de thèse de Chaker El Mazry

Chaker soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

 DURABILITE DE PRODUITS INNOVANTS DE ROBINETTERIE EN POLYAMIDE 6,6

le 31 janvier 2013

a 13h30 en Amphi Esquillan

Arts et Métiers ParisTech 151 Boulevard de l'Hôpital 75013 Paris

Directeur de thèse : Xavier COLIN

Jury

M. Laurent FERRY

 

 

Ecole des Mines d'Alès

 

Rapporteur

M. Jean-François  CHAILAN

 

 

Université du Sud Toulon-Var

 

Rapporteur

Mme Valéry  LANGLOIS

 

 

Université Paris Est

 

Examinateur

Mme Laetitia  VAN SCHOORS

 

 

Université Paris Est

 

Examinateur

M. Pierre-Olivier  BUSSIERE

 

 

Université Blaise Pascal

 

Examinateur

M. Xavier COLIN

 

 

Arts et Matiérs ParisTech

 

Examinateur

M. Olivier CORREC

 

 

CSTB

 

 

 

RESUME : Le PA 6,6 est maintenant envisagé pour des pièces de robinetterie sur le réseau domestique de distribution d’eau potable. Cependant, ce matériau ne pourra être utilisé que si sa durabilité à long terme, en conditions réelles de service, est clairement démontrée. L’analyse cinétique des principaux mécanismes de vieillissement chimique susceptibles de se produire et d’interagir sur le réseau domestique de distribution d’eau potable : l’hydrolyse, la thermo-oxydation et l’attaque chimique par le dioxyde de chlore, a permis au final d’élaborer un modèle cinétique général de dégradation du PA 6,6. Ce modèle donne accès aux modifications structurales du PA 6,6 aux différentes échelles pertinentes (moléculaire, macromoléculaire, morphologique et macroscopique) en conditions de service. Il prédit la fragilisation du PA 6,6 lorsque la masse molaire moyenne en nombre atteint une valeur critique de l’ordre de 17 kg/mole. De nombreuses perspectives de recherche sont présentées comme l’introduction de ce modèle cinétique dans les codes courants de calcul mécaniques.

DURABILITY OF INNOVATIVE VALVE PRODUCTS IN POLYAMIDE 6,6

ABSTRACT: PA 6,6 is now considered for the elaboration of valve parts in the domestic network of drinking water distribution. However, this material will be used only if its long-term durability, in real use conditions, is clearly demonstrated. The kinetic analysis of the main chemical ageing mechanisms which may occur and interact in the domestic network of drinking water distribution: hydrolysis, thermal oxidation and chemical attack by chlorine dioxide, has allowed to finally build a general kinetic model for PA 6,6 degradation. This model gives access to PA 6,6 structural modifications at the different pertinent scales (molecular, macromolecular, morphological and macroscopic scales) in use conditions. It predicts the embrittlement of PA 6,6 when the number average molar mass reaches a critical value of the order of 17 kg/mole. Many research prospects are presented such as the introduction of this kinetic model in common mechanical calculation codes.

 

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