Notre équipe en mécanique et ingénierie des matériaux élabore des matériaux innovants en utilisant des procédés de fabrication modernes et développe des outils numériques performants. Au travers de plusieurs travaux de recherche, réalisés dans diverses applications (fabrication additive, milieux granulaires, géopolymères, usinage des composites, couches minces composites, nanomatériaux) notre équipe s’est spécialisée dans la compréhension du comportement des systèmes complexes, la mise en forme des matériaux et la réalisation de dispositifs opto-électroniques.
- Conception et modélisation multi-échelle et multi-physique des matériaux
- Conception et réalisation de pièces complexes par fabrication additive
- Étude et usinage des matériaux métalliques et composites
Notre démarche s’intègre dans une volonté de lever les verrous technologiques liés au développement technologique de la conception à la réalisation pour le mettre au service des entreprises et industries.
Parlez-nous de votre projet !
Nous serons ravis d’étudier votre demande.
Expertises de l'équipe mécanique et ingénierie des matériaux.
Grâce à nos compétences en modélisation numérique, en caractérisation et en procédés, nous avons développé depuis plusieurs années des expertises complémentaires dans divers domaines de l’industrie. Nos expertises trouvent leur intérêt dans des applications qui nécessitent un savoir faire en :
- Modélisation multi-échelle et multiphysique des matériaux et interfaces
- Simulation du comportement dynamique des systèmes multi-contact
- Optimisation des procédés de fabrication additive
- Matériaux avancés en géopolymère (MAG), formulation et mise en forme
- Procédés, matériaux et comportement
- Caractéristiques physico-chimiques, nanomatériaux et couches minces composites.
Modélisation multi-échelle et multi-physique des matériaux et interfaces.
Notre expertise en modélisation permet d’appréhender le comportement des matériaux et interfaces de contact en s’appuyant sur des approches multi-échelle qui tiennent compte des phénomènes physiques en présence. Nos travaux de recherche ont contribué au développement d’outils numériques à la fois performants et robustes, capables de modéliser des systèmes complexes et plusieurs classes de matériaux.
Notre expertise en modélisation multi-échelle et multi-physique intègre :
- la microstructure hétérogène des matériaux et interfaces,
- les mécanismes d’endommagement activés à l’échelle de la microstructure et de l’interface,
- les phénomènes physiques et leur couplage.
Nos outils numériques sont parfaitement adaptés pour modéliser les matériaux composites, procédés de fabrication additive et interfaces de contact.
Simulation du comportement dynamique des systèmes multi-contact..
Notre expertise en simulation dynamique contribue à la compréhension du comportement des systèmes multi-contact en utilisant la Méthode des Eléments Discrets (MED). La simulation du comportement dynamique multi-contact trouve ses applications industrielles en présence d’écoulements granulaires notamment dans l’industrie agroalimentaire, pharmaceutique, le génie des procédés ou encore la fabrication additive.
Nos travaux consistent à modéliser via des lois de contact pertinentes la rhéologie des milieux granulaires ainsi que le comportement des systèmes multi-corps. Nos recherche menées dans ce domaine ont conduit à l’implémentation dans nos outils de simulation, des modèles physiques à l’échelle du contact, qui sont capables de rendre compte du comportement dynamique global de manière réaliste.
Le périmètre de nos expertises dans ce domaine est étendu à la simulation du comportement dynamique des roulements à billes dans le but d’améliorer la fiabilité des machines tournantes. Nous proposons donc une modélisation du roulement qui prend en compte la totalité de ses composants et permet de corréler son état mécanique au régime de lubrification établi en conditions de fonctionnement réelles.
Optimisation du procédé de fabrication additive.
Notre expertise en fabrication additive permet d’améliorer la qualité et le rendement des impressions 3D de machines existantes ainsi que développer de nouvelles techniques d’impressions et de nouveaux matériaux innovants. Nos travaux de recherche en fabrication additive ont pour objectif de lever les verrous technologiques qui freinent encore l’adoption massive de la technologie en milieu industriel principalement pour deux raisons : un manque de fiabilité et de reproductibilité du procédé, et une qualité moyenne des prototypes imprimés. Notre expertise en fabrication additive prend en compte à la fois l’étude des matériaux et techniques d’impression :
- Améliorer la fiabilité des pièces imprimées en modifiant les paramètres influents
- Prédire les transformations de phases activées au cours du procédé
- Appréhender les phénomènes physiques couplés
- Proposer une modélisation multi-échelle et multi-physique pertinente.
Pour mener à bien ces travaux de recherche, l’équipe MIM dispose d’une plateforme de fabrication additive équipée avec plusieurs techniques d’impression 3D (SLM, binder jetting, FDM). Par ailleurs, l’équipe MIM mène également un travail de R&D dans le but de mettre au point des machines prototypes d’impression 3D qui soient adaptées à la rhéologie de matériaux visés (verre, céramiques, géopolymères, …).
Matériaux avancés en géopolymère (MAG) - Formulation et mise en forme.
Notre expertise en géopolymères appliqués à la fabrication additive représente une alternative technique et écologique aux matériaux classiques dans de nombreux domaines. Qualifiés de polymères minéraux, les géopolymères peuvent être élaborés à température ambiante à partir de minéraux d’origine géologique (métakaolinite, roche) et/ou de sous-produits industriels. Leurs propriétés sont nombreuses : résistance aux attaques acides, à la compression, stabilité thermique. Les applications concernent tous les secteurs de l’industrie comme par exemple l’aéronautique, la métallurgie, le génie civil, la gestion des déchets ultimes.
Nos travaux de recherche visent à optimiser le procédé de géopolymérisation en vue d’une transposition aux techniques de fabrication additive et élargir ainsi le champs d’application de ces matériaux :
- Nouvelles formulations minérales de liants et résines par géopolymérisation : moins coûteux en énergie (diminution des températures de cuisson) et plus respectueux de l’environnement, céramiques à basse température.
- Standardisation de matières premières industrielles
- Réalisation de pièces prototypes complexes par fabrication additive
Procédés, matériaux et comportement.
Notre expertise en mécanique des matériaux traite de la compréhension des phénomènes thermomécaniques et métallurgiques mis en jeu lors des procédés de mise en forme. Les procédés étudiés sont la mise en forme par enlèvement de matière et déformation plastique.
Nos travaux de recherche consistent à établir des liens entre les paramètres procédés et le comportement des matériaux afin d’identifier les conditions optimales de leur mise en forme en termes de tenue mécanique, transformation de phase, intégrité de surface, délaminage, usure des outils coupants… dont divers matériaux et procédés sont étudiés :
- L’usinage des matériaux durs et difficiles (alliages d’aluminium, titane…)
- L’usinage de matériaux abrasifs (matériaux composites aéronautiques CFRP, …)
- L’usinage de matériaux hybrides abrasifs et difficiles (CFRP/Al2198 et CFRP/Ti6Al4V, …)
- La mise en forme des aciers à effet TRIP (emboutissage, pliage …)
- Le soudage de matériaux hétérogènes par impulsion magnétique (soudage à froid sans ajout de matière).
Procédés, caractéristiques physico-chimiques, nanomatériaux et couches minces composites.
Notre expertise dans le domaine Optronique concerne le développement des systèmes telles les cellules solaires ou les Oleds à partir de différents nanomatériaux : organiques, organométalliques composite et inorganiques.
Les procédés utilisés consistent en dépôt de couches minces par des méthodes variées selon la nature des matériaux utilisés : Dip coating, Spin Coating, Sol gel, Pulvérisation cathodiques ou par sublimation.
Afin d’optimiser les rendements, notre objectif est de mettre en évidence le lien entre les caractéristiques physico-chimiques des matériaux, les procédés utilisés, l’état de surface (Gravure, Nanostructuration) et les caractéristiques électriques IV et optiques des cellules.
Parlez-nous de votre projet !
Nous serons ravis d’étudier votre demande.
Projets majeurs en mécanique et ingénierie des matériaux.
Dans le contexte de l’Industrie 4.0, la technologie de fabrication additive (FA), appelée plus communément impression 3D, apparaît comme l’un des concepts technologiques clés pour les prochaines décennies. Cette technologie qui se développe à grands pas a le mérite de décloisonner l’industrie, les services et l’utilisateur final. La possibilité de concevoir par rapport à une performance attendue et non plus par rapport aux contraintes de fabrication et/ou d’assemblage fait partie des facteurs d’attractivité de la FA, au même titre que le développement des matériaux innovants plus difficiles à fabriquer.
Néanmoins, des verrous technologiques freinent encore l’adoption massive de la FA, d’une part, par manque de fiabilité et de reproductibilité, ce qui rend difficile la certification et la standardisation des produits manufacturés, et d’autre part, par manque de qualité ce qui induit des opérations de post-traitement couteuses.
En agissant sur plusieurs leviers, comme par exemple les paramètres procédé, la caractérisation expérimentale et la simulation numérique, les travaux entrepris au sein de notre équipe dans ce contexte contribuent à l’extension du procédé FA à des applications industrielles pour lesquelles la FA apporte une réelle valeur ajoutée (ex. le stockage de l’énergie), à la mise au point de machines prototypes pour imprimer des matériaux amorphes, géopolymères et céramiques ayant un fort potentiel d’application (ex. monitoring, génie civil, dépollution, …), ou encore au développement d’outils de simulation numérique performants afin d’identifier les paramètres influents du procédé de FA dans la perspective d’améliorer le niveau de fiabilité des pièces imprimées.
Projet IODA fabrication additive de batteries lithium (programme ANR générique 2021 - 2025).
De nos jours, les batteries à ions lithium permettent d’alimenter un grand nombre d’appareils électroniques. Dans ce domaine, l’utilisateur final demande toujours plus de puissance et d’énergie ainsi qu’une intégration parfaite dans l’objet à alimenter. La fabrication additive, appelée également impression 3D, permettrait non seulement la réalisation de nouvelles architectures multidimensionnelles de batteries (offrant des performances électrochimiques améliorées) mais également faciliterait la fabrication et l’intégration des batteries dans la coque de l’objet. En s’appuyant sur les résultats préliminaires encourageants du projet régional OBI-ONE, les objectifs du projet IODA (Impression 3D d’accumulateurs à ions lithium) seront de poursuivre l’optimisation des filaments composites, d’imprimer des batteries complètes parfaitement intégrées dans la coque de l’objet à alimenter et de réaliser les tout premiers prototypes de batteries tridimensionnelles (3D).
Consortium : LRCS, LTI, GEMTEX, Nanovia
Budget : 501 957 euros (subvention)
Équipement de l'équipe mécanique et ingénierie des matériaux.
Notre équipe dispose à la fois des outils numériques et des équipements modernes développés ou acquis dans le cadre de plusieurs projets de recherche financés sur fonds publics ou privés. L’utilisation de nos outils numériques et équipements, permet à notre équipe d’apporter son expertise, en matière de développement de logiciels de simulation numérique, d’optimisation des procédés de fabrication additive et de mise en forme, de caractérisation mécanique et physico-chimiques, de formulation et mise en forme de matériaux géopolymères, et d’élaboration de nanomatériaux et couches minces composites.
- Machine de FA Armadillo White (Concr2DE) – procédé Binder Jetting
- Machine de FA Orlas Creator (Coherent) – procédé SLM
- Machine de FA HP Jet Fusion 540 (Hewlett-Packard) – procédé HP Jet Fusion
- Robot d’impression 3D (Universal) – procédé FDM
- Machine de traction INSTRON (10 kN)
- Contuctivimètre Hot-Disk
- Broyeur planétaire à billes PM100
- Rhéomètre Kinexus Lab+
- Métallographie : tronçonneuse, enrobeuse à chaud, polisseuse automatique
- Microscope optique Leica
- Stéréomicroscope Leica
- Machine de traction LIoyd (50 kN) + dispositif compression/flexion 3-4 points
- Capteurs : extensomètre et LVDT
- Platine Kistler – mesure des efforts et des moment en usinage
- Centre d’usinage des matériaux tendres (CharlyRobot) Rugosimètre
- Appareil de mesure de la température de coupe en perçage
- Spectrophotometre double faisceau, Jenway série 6850, bande passante variable, support de cuve 10x10mm
- Spin Processor -Model WS-650Mz-23NPPB
- Dip Coating
- Spectroscopie Infra-Rouge -Perkin Elmer
- Code de calcul open source par éléments discrets développé en interne pour modéliser le comportement multi-échelle et multi-physique des systèmes multi-contact et matériaux continus (homogènes/hétérogènes). ( github.com/leclercw)
Parlez-nous de votre projet !
Nous serons ravis d’étudier votre demande.
L'équipe mécanique et ingénierie des matériaux
Notre équipe spécialisée est composée de 15 permanents et 4 chercheurs associés.
Coordonateur et permanents
- Mohamed GUESSASMA – Coordonateur – Professeur des universités (60e section) / email – profil
- Emmanuel BELLENGER – Permanent – Professeur des universités (60e section) / email – profil
- Valéry BOURNY – Permanent – Maître de conférences HDR (28e section) / email
- Hassina DERBAL – Permanente – Maître de conférences (62e section) / email
- Jérôme FORTIN – Permanent – Professeur des universités (60e section) / email – profil
- Gérald FRANZ – Permanent – Maître de conférences HDR (60e section) / email – profil
- Clervie GUILLEMER – Permanent – Maître de conférences (60e section) – email
- Malek HABAK – Permanent – Maître de conférences HDR (60e section) / email – profil
- Hamza HADDAD – Permanent – Maître de conférences (60e section) / email – profil
- Willy LECLERC – Permanent – Maître de conférences (60e section) / email – profil
- Stephane PANIER – Permanent – Professeur des universités (60e section) / email – profil
- Christine PELGRIS – Permanent – Maître de conférences (62e section) / email
- Hugues TORTAJADA – Permanent – Professeur agrégé (génie mécanique) / email
- Pascal VANTOMME – Permanent – Professeur des universités (60e section) / email
- Raphaël VELASCO – Permanent – Maître de conférences HDR (60e section) / email
Chercheurs associés
- Ralph DAVIDOVITS – Chercheur associé – ingénieur R&D – Geopolymer Institute / email – profil
- Olivier MALOBERTI – Chercheur associé – UniLaSalle Amiens / profil
- Charles MACHADO – Chercheur associé – Manager R&D – SDT Ultrasound / email
- Roberto LOMBARDI – Chercheur associé – Additive Manufacturing Technology & Process Developer / email – profil