Soutenances

Soutenances de thèses et d'HDR

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.

 

23/11/2012 - Soutenance de thèse de Carlota Pons

Carlota PONS soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

Durabilité des géomembranes en polythylène haute densité utilisées dans les installations de stockage de déchets

 

Le vendredi 23 novembre à 14h dans l'amphithêatre Freyssinet du Bâtiment Nobel de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées

19, rue Alfred Nobel, 77420 Champs-sur-marne

 

Directeur de thèse : Fabienne Farcas (Ifsttar)

Co-directeur de thèse : Bruno Fayolle (Arts et Métiers ParisTech)

 

Jury
Manuel Blanco Fernandez, Directeur Division Matériaux, Laboratorio Central de Estructuras y Materiales CEDEX, Madrid, Rapporteur, 

Vincent Verney, Professeur, Institut de Chimie de Clermont Ferrand, Université Blaise Pascal, Rapporteur,

Laurent Mazéas, Ingénieur de Recherche, Irstea, Examinateur,

Patrick Pierson, Professeur, Université Joseph Fourier Grenoble, Examinateur,

Emmanuel Richaud, Maître de conférence, Arts et Métiers ParisTech, Examinateur,

Marie Lanöe, Ingénieur, VEOLIA Propreté, Invité,

Marie-Lise Sablayrolles, Responsable Projet R&D, SUEZ Environnement, Invité.
 

Résumé 
Les géomembranes (GMB) en polyéthylène haute densité (PEHD) sont utilisées comme barrière d’étanchéité dans les installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND). Malgré les bonnes propriétés initiales du PEHD, face aux agressions chimiques et biologiques d’un lixiviat de déchets et aux contraintes thermiques et mécaniques générées par le massif de déchets, sa durabilité reste une question ouverte. L’objectif de cette thèse est de contribuer au développement d’un modèle cinétique non empirique de prédiction de la durée de vie des GMB en PEHD, qui prend simultanément en compte les effets du vieillissement chimique et biologique. Pour cela, nous cherchons à déterminer d’une part les paramètres d’extraction des antioxydants constitutifs des GMB, première étape du vieillissement des GMB, et d’autre part les paramètres cinétiques de vieillissement oxydatif des PE, deuxième étape de vieillissement. Ceci nécessite de connaître et de comprendre les mécanismes physico-chimiques impliqués dans le vieillissement des PE dans les conditions particulières des ISDND. A partir d’une approche multi-échelle (macro-micro) et à l’aide de différentes techniques (IRTF, GPC HT, AED, essais de traction,…), nous évaluons l’impact du vieillissement accéléré sur la composition chimique, les structures macromoléculaire et cristalline ainsi que les propriétés d’usage des GMB et des films en PEHD. Cette étude a permis de déterminer un critère de fin de vie pertinent pour évaluer la durée de vie de la GMB : la fragilisation qui correspond à une masse molaire critique M’C d’environ 100 kg.mol-1. Enfin, dans une dernière partie, la même approche multi-échelle a été utilisée pour caractériser la dégradation de GMB vieillies 17 ans en bassin de stockage d’eau pour ainsi déterminer les mécanismes impliqués dans le vieillissement sur site.

Mots clés
Géomembrane, polyéthylène, lixiviat, durabilité, perte d’antioxydants, thermo-oxydation, biofilm, fragilisation

 

ABSTRACT
High Density PolyEthylene (HDPE) geomembranes (GMB) are used as basal liners in municipal solid waste (MSW) landfills. In spite of the good initial properties of the HDPE, his durability remains poorly known face to the chemical and biological strains of the MSW landfill leachate and the thermal and mechanical strains generated by the solid waste. The objective of this thesis is to contribute to the development of a non-empirical kinetic model for predicting HDPE GMB life cycle, that simultaneously takes into accounts the chemical and biological aging effects. For this purpose, we seek to determine on the one hand the extraction process parameters of the antioxidants present in the GMB, first step of the GMB aging, and on the other hand the kinetic parameters of the PE thermo-oxidation, second step of the GMB aging. This requires knowing and understanding the physico-chemical mechanisms involved in the PE aging in the particular conditions of MSW landfills. By using a multi-scale methodology (macro-micro) and multi-technique approach (FTIR; GPC-HT, DSC, tensile tests, …), we assess the impact of the accelerated aging on the chemical composition, on the macromolecular and crystalline structures and on the used properties of HDPE GMB and films. This study identified a relevant endlife criterion for assessing the GMB service lifetime: the embrittlement which corresponds to a critical molecular mass M’C of about 100 kg.mol-1. In the last part, the same type of multi-scale approach has been applied to characterize the degradation of HDPE GMB aged 17 years in water reservoir in order to determine the mechanisms involved in natural aging.

Keywords
Geomembrane, polyethylene, leachate, durability, antioxidant loss, thermal oxidation, biofilm, embrittlement.

 

06/12/2012 - Soutenance de thèse d'Antoine Blanche

Antoine BLANCHE soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

«Effets dissipatifs en fatigue à grand et très grand nombre de cycles»

 

Le 06 décembre 2012 à 10 heures

Université Montpellier 2

salle 50, bâtiment 1

LMGC - CNRS UMR 5508

860, rue de St Priest

34090 Montpellier

 

10/12/2012 - Soutenance de thèse de Ngoc – Lam Phung

Ngoc – Lam PHUNG soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

Fatigue sous très faibles amplitudes de contrainte : Analyse des mécanismes précurseurs de l’amorçage de fissure dans le cuivre polycristallin

Le 10 décembre 2012 à 14 heures - Amphi Pinel

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

Directeur de thèse : Véronique FAVIER

Co-encadrement de thèse : Nicolas RANC

Jury

 

M. Maxime SAUZAY, Docteur HDR, CEA Saclay, Rapporteur

Mme Véronique AUBIN, Professeur, Ecole centrale de Paris,Rapporteur

M. Eric CHARKALUK, Chargé de recherche CNRS HDR, Université de Lille, Examinateur

M. Marc FIVEL, Directeur de recherche CNRS, Université de Grenoble Examinateur

M. Charles MAREAU Maîtres de conférences, Arts et Métiers Paristech CER Angers, Invité

 

Résumé : Cette étude a pour objectif de mieux comprendre les mécanismes précurseurs de l’amorçage de fissures dans le cas de métaux ductiles monophasés, comme le cuivre pur, sollicités à des amplitudes de contrainte inférieures à la limite de fatigue conventionnelle et jusqu’à des nombres de cycles atteignant le domaine de la fatigue gigacyclique (Very High Cycle Fatigue, VHCF). Les essais ont été réalisés sur une machine de fatigue ultrasonique à une fréquence de sollicitation de 20 kHz. Les mécanismes précurseurs de l’amorçage des fissures se manifestent (1) sous forme de bandes de glissement qui apparaissent sur la surface de l’éprouvette et (2) par un auto-échauffement du matériau dû à la dissipation intrinsèque. Les cartographies de température de la surface des éprouvettes nous ont permis d’estimer des dissipations d’énergie moyennes et de caractériser leur évolution avec le nombre de cycles et l’amplitude de contraintes.  En parallèle, l’évolution du relief de la surface, initialement lisse et sans contrainte résiduelle, a été analysée à partir d’observations en microcopie optique, électronique à balayage et à force atomique. Nous avons établi que l’amplitude de contrainte nécessaire pour faire apparaître les premières bandes décroit en fonction du nombre de cycles. Des analyses EBSD, couplées à des calculs éléments finis intégrant l’anisotropie élastique des grains, ont révélé le rôle clé (1) des joints de macles et (2) du glissement dévié dans l’amorçage de bandes de glissement intenses.

Mots clés : Fatigue gigacyclique, Bandes de glissement, Microplasticité cyclique, Dissipation, Anisotropie élastique, Simulation multicristalline, Thermographique infrarouge.

 

 

Abstract : This work aims to better understanding mechanisms leading to crack initiation in ductile single phase metals such as pure copper, loaded stress amplitudes lower than the conventional fatigue threshold and after about 109 cycles, the so-called Very High Cycle Fatigue regime. Tests were conducted using an ultrasonic technique at loafing frequency of 20 kHz. The mechanisms leading to crack initiation express (1) via slip bands at the specimen surface and (2) via self-heating due to intrinsic dissipation. Thermal maps were used to estimate the mean dissipation and its change with number of cycles and stress amplitudes. At the same time, the surface relief changes were characterized using optical, scanning electronic and atomic force microscopes. The stress amplitude required to observe the slip bands was found to decrease as a function of number of cycles. EBSD investigations combined with finites elements simulations accounting for elastic anisotropy of copper revealed the key role of (1) twin boundaries and (2) cross slip in slip band initiation.

Keywords : Very High Cycle Fatigue, Slip bands, Cyclic microplasticity, Dissipation, Elastic anisotropy, Multicrystals simulation, Infrared thermography.

 

20/11/2012- Soutenance de thèse de Sophie Versavaud

Sophia VERSAVAUD soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

Mise en forme des thermoplastiques renforcés par des nanotube de carbone : Application à la microinjection de Polyamide 12

Le 20 novembre 2012 à 9 heures 30 - Amphi Esquillan

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

Directeur de thèse : Gilles REGNIER

Co-encadrement de thèse : Michel VINCENT

Groupe(s) de recherche lié(s): 
Polymères & Composites
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