Équipe Matériaux et surfaces

Élaboration des matériaux polymères et des structures composites

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.

Comportement mécanique et durabilité : couplage multiphysique et environnemental

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.

Mécanique du contact et tribologie

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.