Les thèses du laboratoire IRDL/ site ENSTA Bretagne

Dans le domaine de l'ingénierie des matériaux et des systèmes mécaniques, l'Institut de Recherche Dupuy de Lôme rassemble 300 membres dont plus d'un tiers de doctorants. Chaque année près de 35 thèses sont soutenues.

Influence de l'endommagement plan sur le comportement hors-plan des composites stratifiés et des assemblages collés (Alexandre UGUEN)

  • Soutenue le 16/01/2016
  • Financement région Bretagne / DGA
  • PTR2 Assemblage Multi-matériaux

Les demandes croissantes de navires légers et rapides conduisent les industriels à se tourner vers des composites à haute performance. Cela nécessite de connaître l’influence de l’endommagement plan, d’origine hydrique ou mécanique, sur leur tenue mécanique lorsqu’ils sont soumis à des chargements hors-plan. Si cette étude a montré une diminution de l’enveloppe de rupture du matériau étudié lorsqu’il a séjourné en eau de mer, sa résistance en traction hors-plan est quant à elle peu affectée. L’étude sur assemblages collés a mis en avant une chute de tenue mécanique de l’assemblage après vieillissement hydrique, et la nécessité de prendre en compte le couplage des endommagements plan/hors-plan.

Approche multi échelle du comportement de composites tissés (Aurélien DOITRAND)

  • Soutenue le 28/11/2016
  • Contrat ONERA
  • PTR2 Assemblage Multi-matériaux

Il s’agissait de modéliser l’endommagement de matériaux composites à renfort tissé à l’échelle du renfort de fibres (mésoscopique) et d’évaluer son influence sur leur comportement mécanique.
Les mécanismes observés, lors des étapes expérimentales, sont l’apparition de fissures intra-toron (mèche de fils du renfort tissé) et de décohésions inter-torons en pointe de fissure. Afin de modéliser ces mécanismes, une géométrie représentative du composite, obtenue par simulation du procédé de compaction du renfort, et un maillage conforme de cette géométrie ont été choisis. L’amorçage de ces endommagements et leur propagation ont ensuite pu être évalués.

Caractérisation et modélisation d'assemblages multi-matériaux sous sollicitations mixtes quasi-statiques pour la conception de structures automobiles (Hugo Leonardo ALFONSO MEDINA)

  • Soutenue le 14/12/2016
  • Projet ADEME Assemblage FASTLITE
  • PTR2 Assemblage Multi-matériaux

Afin de réduire les émissions de CO2, l’industrie automobile française a décidé d’alléger les véhicules et d’utiliser des matériaux plus légers tels que les composites. Cela modifie aussi les techniques d'assemblage.
Quatre techniques d’assemblages métal/ composite (goujons, soudage  laser, rivetage auto-perçant et collage) et deux adhésifs ont été étudiés. Suite aux essais, le collage a été retenu comme la technique la plus adaptée aux exigences et une nouvelle loi de comportement des adhésifs a été identifiée et validée, grâce à la bonne corrélation entre les prédictions numériques et les expérimentations à différentes vitesses de sollicitation, ainsi que les essais en traction incrémentale. 

Etude de la tuyère composite d'une hydrolienne à axe horizontal (Mahrez AIT MOHAMMED)

  • Soutenue le 13/01/2017
  • Financée par la région Bretagne
  • PTR2 Assemblage Multi-matériaux

L’énergie produite à partir des courants marins suscite un intérêt croissant. Ce concept de turbine sous-marine, qui permet de convertir l’énergie cinétique des courants marins en énergie électrique, pose des problématiques de conception.
Le gain hydrodynamique, à encombrement constant, que pourrait apporter l’ajout d’un carénage a été étudié. Du fait de leurs excellents rapports «masse/résistance» et «masse/rigidité», un carénage a été réalisé en composites. Il a présenté le meilleur ratio «puissance/masse».
Au regard des sollicitations sévères dans l’environnement marin, l’impact sur ce carénage d’hydrolienne a également été traité en détail. 

Formage rapide par hautes puissances pulsées (Anne-Claire JEANSON)

  • Soutenue le 22/01/2016
  • CIFRE I-Cube Research
  • Partenaires : CEMEF et BMAX
  • PTR3 Structures et Interactions

Les procédés de formage à grande vitesse comme le magnétoformage et le formage électrohydraulique se développent actuellement à l'échelle industrielle. Dans ce contexte, un enjeu est lié à  l’identification du comportement des matériaux pour des sollicitations mécaniques intenses représentatives des procédés de formage dynamique.

Dans cette thèse, une procédure d’identification inverse a été mise en place. Celle-ci s’appuie, d’une part, sur des essais électromagnétiques (essais d’expansion de tubes et de bandes métalliques) et, d’autre part, sur des simulations numériques multiphysiques, permettant via une procédure itérative l’identification de paramètres de lois de comportement.

Modélisation du comportement de mousses métalliques sous sollicitations dynamiques intenses et application à l'atténuation d'ondes de chocs (Romain BARTHELEMY)

  • Soutenue le 06/12/2016
  • CIFRE MBDA
  • PTR3 Structures et Interactions

Les mousses métalliques sont des matériaux très adaptés à la protection contre les impacts et les chocs.

Dans le cadre de cette thèse, un modèle théorique a été développé pour décrire la réponse des mousses sous sollicitations dynamiques.

Il a permis de montrer que les capacités d’absorption d'énergie de ces matériaux sous chocs sont plus importantes qu’en régime quasi-statique.

Méthodologie pour l'évaluation de la rigidité d'ouverture de mailles de filet de pêche (Barthélémy MORVAN)

  • Soutenue le 06/12/2016
  • Partenaires : Ifremer + région Bretagne
  • PTR3 Structures et Interactions

La sélectivité des filets de pêche, c'est-à-dire leur capacité à ne pêcher que des poissons commercialisables, est aujourd'hui réglementée notamment par une taille de maille minimale. Ceci ne suffit plus dans la mesure où les filets de pêche sont de plus en plus raides, et de ce fait les mailles s'ouvrent difficilement.

La thèse a proposé une méthode plus précise et plus simple, de mesure de la rigidité à l'ouverture des mailles. Cet outil pourrait servir de base à une nouvelle réglementation dans le souci d'une meilleure sélectivité des futurs filets de pêche européens.

La propagation des ondes mécaniques en milieux complexes : interactions entre l’onde et son milieu (Michel ARRIGONI)

  • Michel Arrigoni est enseignant chercheur à l’ENSTA Bretagne depuis 2007. Il a soutenu avec succès son Habilitation à Diriger des Recherches le 09/12/2016.
  • PTR3 Structures et Interactions

Dans ces travaux, le milieu complexe se définit comme un milieu multimatériaux ou poreux (aéré). L’interaction des ondes mécaniques avec ce milieu se présente comme les transmissions, réflexions d’ondes mais aussi par l’endommagement dynamique de type délaminage ou écaillage, par l’apparition de la cavitation, ou encore, par la compaction. Ces modifications vont changer les propriétés mécaniques du milieu, ce qui modifie les propriétés des ondes s’y propageant.    
Les activités de recherche se sont étendues à la propagation des ondes mécaniques dans les milieux multiphasiques afin d’évaluer l’atténuation des effets des explosions, ou encore, la survavibilité des structures.

Comportement thermomécanique et fatigue des matériaux métastables (Mohamed LAKRIT)

  • Soutenue le 26/04/2016
  • Partenaire : Défense marocaine
  • PTR5 Durabilité

Les Alliages à Mémoire de Forme (AMF) et les aciers inoxydables métastables (iTRIP) présentent un mécanisme de changement de phase solide/solide appelé transformation martensitique. Dans certaines conditions thermomécaniques, la structure cristallographique initiale (i.e., phase austénitique) évolue vers une autre organisation cristallographique (i.e., phase martensitique). Cette évolution microstructurale affecte de façon spectaculaire les propriétés physiques et mécaniques de l’alliage.
En amont de toute problématique industrielle, l’objectif des travaux réalisés était d’étudier et de modéliser les cinétiques de transformation de phase d’un AMF et d’un acier iTRIP sous sollicitations mécaniques multiaxiales. On a pu montrer que la nature du chargement mécanique a une influence de premier ordre sur l’évolution de la microstructure de ces alliages.

Fatigue sous sollicitations renforçantes des élastomères (Clément CHAMPY)

  • Soutenue le 13/07/2016
  • CIFRE TRELLEBORG
  • PTR5 Durabilité

Les élastomères présentent un comportement atypique en fatigue. En effet, pour certaines conditions particulières de sollicitation, la durée de vie peut augmenter alors que le chargement devient plus important. Ce comportement paradoxal est lié à la cristallisation sous contrainte du matériau, qui limite la propagation des fissures.

Cette étude a permis de mieux comprendre le phénomène impliqué, de générer une base de données conséquente pour ces conditions de chargement particulières et a vu le développement d’un protocole de caractérisation par auto-échauffement réduisant de manière drastique (facteur 50 environ) le temps et le nombre d’éprouvettes nécessaires pour définir les règles de dimensionnement.

Prise en compte des contraintes résiduelles dans le dimensionnement en fatigue oligocyclique par des méthodes simplifiées (Bruno LEVIEIL)

  • Soutenue le 03/11/2016
  • CIFRE Défense / DCNS
  • PTR5 Durabilité

Le caractère cyclique, répétitif, d’un chargement mécanique influe sur la durée de vie des matériaux et des structures : c’est le phénomène de fatigue. Lorsque l’amplitude du chargement est suffisamment importante pour générer des déformations irréversibles, les nombres de cycles jusqu’à la rupture deviennent faibles : on parle de fatigue oligocyclique, phénomène identifié notamment dans l’environnement marin.

 Dans ce contexte, le travail a permis d’étudier et de modéliser l’influence des contraintes résiduelles, introduites par exemple lors de la fabrication, sur les propriétés en fatigue des pièces. Une méthode simplifiée originale a été proposée et validée à partir de comparaisons essais/calculs. Elle permet de réduire de façon non négligeable (d’un facteur 300 environ) le temps des calculs des durées de vie des pièces étudiées par rapport aux méthodes classiques.

Contact

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Professeur des universités, Directeur adjoint de l'IRDL
Tél : 02 98 34 87 23