Équipe Matériaux et Surfaces

Les recherches menées au sein de l'équipe matériaux et surface portent sur l’étude et la modélisation en surface et en volume du comportement mécanique des matériaux en relation avec leurs microstructures. Ces travaux tiennent compte des effets associés à la nature de la sollicitation mécanique, thermique, magnétique…, aux effets de l’environnement (nocivité de l’atmosphère, taux d’hygrométrie…), à l’impact des procédés d’élaboration ou de génération des surfaces.

Présentation de l'équipe Matériaux et Surfaces

Les travaux de recherche de l'équipe positionnent le matériau au cœur d'un triptyque "procédé, matériau et propriétés d'usage". Ils s'appuient sur l'observation et l'analyse des différents phénomènes mis en jeu afin de les comprendre, les modéliser, les simuler, en intégrant les phénomènes physiques, pour enfin pouvoir les prédire.

Pour ce faire, l'équipe développe des procédures expérimentales permettant d'étudier les mécanismes clés aux échelles pertinentes sous diverses conditions (mécaniques, vibratoires, thermiques, hydriques, milieux corrosifs...) proches de celles où doivent opérer régulièrement les systèmes mécaniques. Le choix de ces échelles dépend de la nature du matériau, de son degré d'hétérogénéité et des mécanismes étudiés. Pour certains cas d'études, les protocoles expérimentaux développés tiennent compte des spécificités du procédé d'élaboration du matériau et/ou des moyens affectant son état en proche surface ou à l'interface. Cette démarche fondée sur l'expérimentation, se doit d'interagir avec la modélisation numérique pour affiner notre compréhension des phénomènes, réduire nos matrices d'essais et mieux concevoir nos essais.

L'activité d'élaboration des matériaux polymères et composites s'est vue renforcée ces dernières années par l'acquisition de moyens expérimentaux d'envergure (robot 6 axes disposant de trois effecteurs : 2 dédiés à la couture et un dédié à la découpe des préformes sèches, moyens de mises en œuvre des composites par injection ou infusion, presse à température régulée, extrudeuse bi-vis, dispositif d'electrospinning...).

Ces moyens permettent d'intégrer les effets des procédés sur le comportement mécanique endommageable des composites, l'élaboration de matériaux composites tissés cousus, de polymères nano-renforcés, ou encore de composites à matrice thermoplastique nano-chargée.

Ces moyens sont utilisés pour répondre à des problématiques scientifiques complexes, tels que la compréhension des mécanismes régissant la fonctionnalisation des matériaux polymères et composites (amélioration des conductivités électriques et thermiques) ou le développement de matériaux instrumentés à cœur.

Les travaux sur les interactions microstructure - durabilité des matériaux portent sur trois familles de matériaux :

  • Pour les alliages métalliques, il s'agit de comprendre les mécanismes d'endommagement à une échelle incluant les défauts cristallins à différentes dimensions (ponctuels, dislocations, joints de grains, précipités...), leurs évolutions/mouvements dans le temps et d'examiner les effets associés à la diffusion ou la ségrégation d'espèces chimiques, à la génération de lacunes, à la croissance d'intermétalliques, aux interactions diffusion/plasticité/endommagement, aux effets de la microstructure sur les cinétiques de diffusion... Ces travaux font appel à des techniques de multi-instrumentation et à des essais in-situ.
  • Dans le cas des polymères nanorenforcés, l'effort de recherche concerne le développement de techniques expérimentales aux échelles adéquates permettant de comprendre les mécanismes à l'origine de l'effet de taille des renforts sur les propriétés macroscopiques du composite. L'expertise de l'équipe dans l'élaboration de composites nano-renforcés à taille de renfort et fraction volumique (ou surfacique) contrôlées est mise à profit pour aborder les problématiques d'effet de taille. Pour contribuer à la compréhension de ces phénomènes et les quantifier, une démarche se basant sur la simulation moléculaire est proposée.
  • Concernant les matériaux composites, outre l'expertise sur la compréhension des mécanismes d'endommagement dans les composites à renfort 3D, les travaux s'orientent de plus en plus vers l'étude des mécanismes d'endommagement et de ruine de composites à matrice céramique et renforts 3D. L'étude de ces matériaux se doit d'être multi-physique et c'est dans ce sens qu'ils sont étudiés au sein de cet axe de recherche.

Cette thématique concerne l'étude du frottement sec ou lubrifié et les mécanismes d'usure. Il s'agit comprendre la contribution des microstructures en sous-couche, de la rugosité des surfaces, des phénomènes d'adhésion et des interactions physico-chimiques en mécanique du contact rugueux.

Ces travaux à forte teneur expérimentale sont complétés par des approches de modélisation permettant de prévoir le comportement tribologique des surfaces ou sur l'utilisation de surfaces modèles comme outils de compréhension des phénomènes élémentaires impliqués dans les processus tribologiques. L'équipe s'intéresse également à la caractérisation du comportement tribologique à l'échelle nanométrique par contacts oscillants.

Ces travaux à caractère fondamental visent à comprendre les liens frottement-chimie-énergie de surface. Le deuxième thème concerne l'intégrité des surfaces soumises à des sollicitations mécaniques. On cherche ici à augmenter la durabilité des systèmes mécaniques par une meilleure compréhension des phénomènes impliqués dans la dégradation des surfaces.

La finalité de ces travaux est le développement de méthodologie permettant de faire des préconisations en terme de choix de matériaux, de procédés de traitement en surface et de rugosité pour réduire les coefficients de frottement et favoriser la tenue mécanique et à l'usure des matériaux.

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Contact

Responsable de l'équipe Matériaux et Surfaces
Aboura Zoheir
Tél : 03 44 23 49 27 | Contacter par mail

Directeur du laboratoire ROBERVAL
Jérôme Favergeon
Tél : 03 44 23 45 33 | Contacter par mail

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