PTR3 Structures, fluides et interactions
Les recherches menées au sein de l'Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL, UMR CNRS 6027) portent sur les interactions fluide-structure, le comportement dynamique des matériaux et des structures et la détonique. les applications concernent l'architecture navale, les énergies marines, la défense, l'aérospatial ainsi que l'automobile et les procédés de fabrication.
Axes de recherche au sein du laboratoire IRDL
- Hydrodynamique navale et étude de la réponse de structures en interaction avec des fluides
- Caractérisation et modélisation de la réponse de matériaux et structures, métalliques et composites sous sollicitations dynamiques.
- Études et modélisation des phénomènes d'impacts et d'explosions en milieux complexes.
Compétences
- Impacts hydrodynamiques, approche expérimentale et modélisation
- Méthodes numériques avec grand nombre de variables, prédiction des instabilités et suivi de branches bifurquées (faible nombre de Reynolds)
- Développement de modèles de comportement pour décrire la réponse statique (mise en forme) et dynamique de milieux continus complexes
- Mise en évidence expérimentale des comportements transitoires spécifiques
- Mesurer en dynamique des champs de variables d’état
- Disposer de modèles et d’outils de simulation suffisamment robustes pour traiter l’ensemble des couplages tout en limitant les temps de calcul
Mots clés
Modélisation, simulation numérique, mécanique expérimentale, matériaux et structures, dynamique/chocs/impacts, interactions fluide structure.
Exemples de programmes de recherche impliquant l'ENSTA Bretagne
COBADI : Conception d’un Outil de dimensionnement de BArrière DIphasique contre les effets des explosions
Les engins explosifs constituent une menace importante pour les biens et les personnes. L’explosion engendre d’importants effets thermiques, une onde de souffle, et la mise en mouvements de fragments à des vitesses initiales de l’ordre de 2000 m/s.
Afin de se prémunir de ces effets, la solution consiste à interposer une barrière physique entre la charge et ses cibles potentielles. Les mousses liquides (dispersion d’une phase liquide au sein d’une phase gazeuse) représentent d’excellents matériaux pour atténuer les ondes sonores, les ondes de souffles, et pour décélérer des projectiles.
L’objectif principal du projet COBADI est le dimensionnement simple et rapide in situ d’une barrière de protection diphasique en fonction des paramètres de la menace (propriétés de l’onde de souffle et des fragments hypervéloces) et de la mousse liquide. L’étude vise à constituer une base de données expérimentales conséquente pour décrire le comportement des mousses sur une large gamme de paramètres et être ainsi capables de concevoir une mousse optimisée pour une menace ciblée.
STADINAV
Analyse probabiliste du roulis non linéaire des navires soumis à une houle irrégulière.
Ce projet a pour but de développer de nouvelles méthodes pour prédire le risque de chavirement des navires.
[Financement AID, en collaboration avec l’Ecole navale]
PROBALCAV : PROtection BAListique CAVitante
Le projet « PROBALCAV » (PROtection BAListique CAVitante) d’intérêt dual, civil et militaire, vise à créer un concept innovant de protection contre les projectiles, basé sur la cavitation sous choc.
[Financement ANR ASTRID Maturation]
DIMPACT
Dimensionnement d’éoliennes flottantes prenant en compte les impacts et le déferlement de vagues.
[Financement ANR / France Energies Marines]
OPTIFOIL
Optimisation paramétrique des foils ; application à la voile Olympique
[Financement Instituts Carnot ARTS et MERS, avec l’Ecole navale et Ifremer]
TRIBAL
Protection composite transparent
[Financement ANR ASTRID]
SUSTAINED21
Survivability of Structure Against Energy deposition
[Financement ANR ASTRID]
MAPSEA
MAtériaux de Protection contre les effets de Souffle
[Financement ANR]
dont 11 doctorants.
10 articles dans des revues de rang A référencées dans le Web of Science
Chiffres clés 2021.
10 articles dans des revues de rang A référencées dans le Web of Science
Chiffres clés 2021.
contact
Michel Arrigoni
Enseignant-chercheur en détonique
Equipe "Structures, fluides et interactions", laboratoire IRDL (UMR CNRS 6027)
+33(0)2 98 34 89 78
PTR2 Assemblages multi-matériaux
Le pôle thématique de recherche "Assemblages multi-matériaux" de l'IRDL vise l'innovation dans les procédés d'assemblages, la caractérisation de leur tenue à long terme en environnements sévères et le développement de techniques hybrides.
Axes de recherche
- Étudier et optimiser les procédés d’assemblage, en assemblant des matériaux de différentes natures, munis de nouvelles préparations de surface.
- Instrumenter à cœur des assemblages (FGB, QRS, CIN…) et s’appuyer sur des dispositifs expérimentaux originaux.
- Développer des outils de dimensionnement des assemblages collés et prendre en compte les paramètres liés aux procédés de collage.
- Caractériser la tenue à long terme des assemblages en environnement sévère.
- Développer des techniques hybrides (soudo-collage…) pour les structures multi-matériaux, afin d’atteindre des performances en termes de caractéristiques mécaniques.
Mots clés
Assemblage, Collage, Soudage, Frittage, Fabrication additive, multi-matériaux
La modélisation mécanique, un outil de prédiction des performances pour assembler des structures innovantes par collage
Le collage est de plus en plus utilisé dans l’industrie pour ses nombreux avantages en termes d’allégement, d’association de matériaux de natures diverses ou d’assemblage de petites structures. L’optimisation par la modélisation de ces assemblages est nécessaire pour atteindre des performances précises et réduire l’empreinte carbone de certaines activités, s’adapter à de nouvelles normes ou développer de nouveaux marchés (nouveaux matériaux, nouvelles énergies...).
Pour cela, les industriels font appel aux chercheurs du pôle “assemblages multi-matériaux” du laboratoire IRDL qui étudient notamment la tenue à long terme de l’adhésif et de la structure multi-matériaux souhaitée, proposent des innovations dans les procédés d’assemblages et développent des techniques hybrides.
« Nous reproduisons en laboratoire le procédé d’assemblage industriel à étudier et réalisons des essais sous différents chargements mécaniques afin de mettre au point des modèles prédictifs de comportement de la structure selon les contraintes qu’elle subit. », présente David Thévenet.
Exemples de programmes de recherche impliquant l'ENSTA Bretagne
DGA RAPID CIBLES (secteur Défense)
Développement d’un assemblage collé structurel multimatériaux offrant une protection balistique (2018-2021 ; avec le PTR3).
AM2 (Secteur Automobile)
Caractérisation thermique et mécanique d'assemblages multi-matériaux aluminium/acier pour automobiles (Financements Bpifrance, Stellantis)
COCOA
Caractérisation et modélisation du comportement d’interface collées de forte épaisseur (financements Institut Carnot ARTS, Région Bretagne et Département Finistère)
Les adhésifs à fort allongement utilisés sous forme de joints appliqués en forte épaisseur sont aujourd’hui utilisés pour assurer une fonction d’assemblage structural (ex : coque de navire, pâle d’éolienne…).
Ceci nécessite la mise en place de méthodes de dimensionnement adaptées capables de prendre en compte la complexité de comportement de ces systèmes. Des outils originaux sont ainsi développés dans le cadre du projet collaboratif COCOA (Région Bretagne/Carnot Arts) impliquant le LAMIH (UMR CNRS 8201) et le CETIM. La modélisation de l’endommagement de l’interface collée est confrontée à des résultats d’essais de fissuration sous chargements complexes.
ETACSI (secteur aéronautique)
Développement d’un essai technologique en vue de valider la modélisation du comportement d’un adhésif sous sollicitation d’impact (financement SAFRAN Composites - collaboration avec PTR3)
DURECO (secteur Défense)
Durabilité de réparations structurales collées (financement AID)
NABUCCO (Secteur maritime, offshore)
Modélisation analytique et numérique du flambement latéral de tubes offshore (Financement Région Bretagne)
Projet européen H2020 RAMSSES : pour des navires plus propres et plus performants
13 axes d'innovation ont été définis pour ce projet européen qui associe 37 partenaires de 11 pays.
L'équipe est en charge de s lots sur la durabilité des liaisons collées entre un module composite et une structure métallique et la mise en place d'une chaîne de calcul d'aide au dimensionnement à la fatigue en grand nombre de cycles de propulseurs en aciers obtenus par fabrication additive, en incluant la validation par des essais à grande échelle (2017-2020 avec les PTR 2 et 5)
contact
David Thévenet
Enseignant-chercheur
Equipe Assemblages Multi-matériaux, Laboratoire IRDL (UMR CNRS 6027)
+33 (0)2 98 34 88 07
Une recherche de pointe en lien avec les applications industrielles
Les activités de recherche d’ENSTA Bretagne relèvent des sciences de l’ingénieur et répondent à des questions et enjeux applicatifs civils et militaires, posés par les entreprises industrielles et le ministère des Armées (DGA, AID). Les domaines d’application sont principalement : les systèmes de défense, le maritime, les transports terrestres et aériens, l’aérospatiale, l’énergie et la santé.
Ces recherches appliquées sont menées dans 3 grandes disciplines : les sciences mécaniques, les technologies de l’information et de la communication et les sciences humaines pour l’ingénieur.
Sciences mécaniques
UMR CNRS 6027 IRDL (Institut de Recherche Dupuy de Lôme, associe ENSTA Bretagne, UBS, UBO et ENIB), membre du l'institut Carnot "ARTS"
Sciences et technologies de l'information et de la communication
UMR CNRS 6285 Lab-STICC (associe ENSTA Bretagne, IMT Atlantique, UBO, UBS et ENIB)
Sciences humaines et sociales
EA FoAP (Formation et Apprentissages Professionnels, associe ENSTA Bretagne, Cnam Paris et AgroSup Dijon)
Les équipes de recherche font partie de laboratoires et de chaires industrielles d’envergure nationale ou internationale, en coopération avec d’autres écoles d’ingénieurs, universités, les organismes nationaux de recherche (CNRS en particulier) et les partenaires industriels historiques de l’école.
Le centre de recherche de l’école ne cesse de s’agrandir. Près de 300 personnes le composent, réparties dans une quinzaine d’équipes thématiques. Il s’étend dans 6 bâtiments (7500 m²) et englobe de nombreux moyens d’essais en sciences mécaniques, pyrotechnie, technologies de l’information, cyber et robotique. Un 7e bâtiment est en préparation. Il sera composé d’un vaste bassin d’essais pour les recherches sur les systèmes de drones marins et aériens.
Ces développements sont le fruit d’une stratégie de recherche ciblée sur des enjeux d’avenir qui ont obtenu le soutien de l’Europe, de l’Etat français, de la région Bretagne et de Brest métropole. 6 projets scientifiques impliquant les équipes ENSTA Bretagne seront financés de 2021 à 2027 via le CPER (Contrat de Projet Etat-Région) pour un montant total de 9,85 M€, sur des thèmes comme la conception navale, l’observation des océans, les technologies spatiales et drones, la cyber-maritime, la digitalisation de l’industrie, les matériaux pour la transition écologique, la robotique d’exploration
Lire les bilans scientifiques annuels
Plate-forme technologique MASMECA
La mise en place d'outils prédictifs du vieillissement et de la fatigue des structures mécaniques en environnement, notamment marin, est le vecteur du projet scientifique des équipes ENSTA Bretagne au laboratoire IRDL (Institut Carnot ARTS). Le but est d'améliorer leur dimensionnement et les impacts environnementaux. Cela impose de disposer de moyens d'essais, de mesures et d'observation couvrant une large gamme d'échelles : de la microstructure à la mini-structure. La plate-forme technologique MASMECA réunit ces multiples équipements sur 1500 m².
Structurée autour de 5 Plateaux Techniques, la plateforme technologique MASMECA (" Du MAtériau à la Structure, MECanique expérimentale Avancée), est un relais entre le centre de recherche et le tissu socio-économique et industriel environnant en favorisant la veille et le transfert technologique vers les entreprises.
La PFT MASMECA met ses moyens expérimentaux et ses compétences à la disposition d’industriels, avec pour objectif de :
- favoriser les transferts technologiques et techniques,
- satisfaire leurs besoins d’expérimentation et contribuer à l’innovation,
- développer des partenariats entre le laboratoire de recherche et le tissu socio-économique et industriel,
- accroître les ressources propres.
Les 5 plateaux techniques :
Caractérisation dynamique
Un ensemble d'équipements permettant de faire des essais à haute vitesse de sollicitation
- barres d’Hopkinson,
- canon de Taylor,
- tube à choc
- une machine de choc avec bassin (escamotable) pour impact sur eau
- un laser impulsionnel SPECTRA PHYSIC Quanta-ray Pro 350
- une Sonde vélocimètre Hétérodyne IDIL (vitesse maximale : 20 km.s-1, laser
de 1550 nm)
Caractérisation thermo-mécanique
Solliciter des éprouvettes et des structures dans des conditions mécaniques et d’environnement contrôlées
- 3 machines électro-hydrauliques de Traction-Compression
- 4 machines électro-mécaniques
- 2 machines électro-hydrauliques de Traction-Torsion-Compression,
exemple : TEMA CONCEPT - Un banc d’essais multiaxial à trois vérins (Fmax 2500 KN) (photo 3)
- Un vibrophore et une machine de fatigue de flexion rotative
- Fours, enceintes Thermiques et chauffage par induction
Caractérisation Physico-chimique
Évaluer l’effet de la microstructure sur le comportement mécanique des matériaux
- Un micro-indenteur et un nano-indenteur instrumentés (ex : ANTON PAAR TRITEC SA)
- Une machine DMTA METRAVIB (équipée de mesure IR)
- Une calorimétrie différentielle à balayage (DSC).
- Une machine de sollicitation électro-dynamique (±3.2 kN, ±24 N.m)
- Un dilatomètre différentiel NETZCH 402P
- Une ATG (analyse thermogravimétrique) SHIMADZU TGA-50H
- Une enceinte cryogénique
Mesures et observations
Des équipements de mesure et d’analyse modernes
Des moyens de mesures de champs cinématiques et de température :
- 2 caméras infrarouge FLIR SC7000 (photo 6),
- 2 systèmes de mesure de champ de déplacement 3D GOM (photo 7),
- une caméra rapide FASTCAM et 3 caméras CCD
- Un diffractomètre à rayons X (DRX) ainsi qu’un certain nombre d’équipements associés à ce moyen de mesure dont un dosimètre
Des moyens d'analyse et d'observation :
- 2 microscopes optiques dont un numérique 3D, un microscope électronique à balayage...
- 1 microscope électronique à balayage (MEB) ainsi qu’un certain nombre d’équipements associés à ce moyen d’observation dont un discotom, différents détecteurs (électrons rétrodiffusés, électrons secondaires), différentes systèmes d’analyse (EDS, EBSD) et une platine d’essai de traction-compression in situ
- Des moyens d’acquisition de signaux à haute fréquence
Prototypage
Réaliser des éprouvettes ou des pièces de montage d'essais
- Un centre d’usinage SABRE 1000 Cato,
- une fraiseuse ALCERA GAMBLIN,
- un tour CN COLCHESTER,
- un tour CN WEILER Primlus et un tour conventionnel GALIC 16n
contact
Younes Demmouche
Enseignant-chercheur
Responsable de la Plate-forme technologique (PFT) MASMECA
+33(0)2 98 34 89 40
Julien Ogor
© Julien Ogor, Studio Lambé / ENSTA Bretagne
Julien Ogor
Julien Ogor
Plaquette de présentation de la PFT
Certains équipements ont bénéficié du soutien financier de :
