Design des Matériaux et des Structures
Mastère Spécialisé
Mastère Spécialisé
Il y a 16 sujets disponibles.
L’hydrogène est souvent présenté comme un vecteur énergétique alternatif aux combustibles fossiles car il permet une économie sans CO2. Cependant, l'utilisation des pipelines de gaz naturel pur à des mélanges H2/gaz naturel et/ou à 100% de H2 nécessite certaines précautions en raison de la problématique de la fragilisation par l'hydrogène. Même à de petites quantités, H2 peut entraîner une forte réduction des performances des matériaux et donc des conditions d'exploitatios des pipelines.
Ce projet de recherche vise à étudier la fragilisation par l'hydrogène des pipelines en condition de surprotection sous Protection cathodique. Pour cela, nous utiliserons des éprouvettes de ténacité de type CT soumises à un plan d'expérience faisant varier le potentiel de chargement et les conditions environnementales. Nous mettrons en place un banc de traction horizontal associé à un banc de chargement électrolytique pour réaliser ces essais. En parallèle, nous utiliserons un modèle de simulation pour étudier la propagation de la fissure et l'influence du potentiel de chargement et des conditions environnementales sur cette propagation. Les résultats de cette étude nous permettront de mieux comprendre les mécanismes de la fragilisation par l'hydrogène des pipelines sous protection cathodique et de proposer des mesures pour améliorer leur résistance à cette dégradation.
Mots clés : Energie, fragilisation par l'hydrogène, ténacité, propagation de fissures
Sujet en cours de construction
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Tuteur Centre des Matériaux : Y. Madi, C. Duhamel Société partenaire : GRTgaz Référence : 01-DMS-2023-GRTgaz
Le groupe Safran est un leader mondial dans la conception, la fabrication et la maintenance de moteurs et d'équipements aéronautiques et spatiaux. Comme dans de très nombreux domaines industriels, la simulation numérique est un outil incontournable pour le dimensionnement et la certification de pièces mécaniques. En mécanique des structures, la construction du modèles de comportement est de première importance pour obtenir des prédictions fidèles des phénomènes en jeu. Ce projet DMS se place dans ce contexte : nous cherchons à développer un ensemble d'outils qui permettraient, à partir de données expérimentales, de choisir le bon modèle de comportement et de calibrer ses paramètres.
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Tuteurs Centre des Matériaux : P. Kerfriden, A. Geoffre, F. Azzouz Société partenaire : SAFRAN Référence : 02-DMS-2023-SAFRAN-BIGMECA
Les disques de turbines sont des pièces critiques fonctionnant sous des environnements sévères. Les études sur l'amélioration de la précision des calculs de durée de vie de ces pièces font l'objet de nombreux travaux afin de répondre aux réglementations qui sont de plus en plus exigentes. Ce projet DMS s'inscrit dans ce cadre et vise à une meilleure compréhension du rôle de la microstructure sur la propagation de microfissures dans un matériau pour disque. L'étude est constituée de deux parties, une première partie expérimentale et une seconde numérique (calcul + post-traitements). Des essais de fatigue interrompus seront réalisés sur des éprouvettes normalisées qui seront par la suite analysées par des moyens d'analyse optique ou MEB. Le but étant d'avoir une idée très précise de la microstructure proche de la fissure. Des calculs de l'agrégat reconstruit seront réalisés en plasticité cristalline suivis de post-traitements.
Mots clés : Superalliage base nickel, fatigue, microstructure, calculs d'agrégat
Sujet en cours de construction
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Tuteur Centre des Matériaux : H. Proudhon Société partenaire : SAFRAN Référence : 03-DMS-2023-SAFRAN-BIGMECA
L'industrie nucléaire mondiale, notamment les acteurs américains (EPRI) et britanniques (EDF Energy), sont fortement engagés dans la qualification de canalisations en PolyEthylène Haute Densité (PEHD) pour des circuits d'eau impliqués dans la sûreté des réacteurs. Ce matériau est proposé dans des programmes de construction et de rénovation de centrales notamment pour ses qualités de tenue au séisme et de durabilité en service. Depuis 2010, EDF R&D a initié des travaux de recherche sur l'étude du comportement du matériau vis-à-vis de la chimie de l'eau utilisée dans les conduites d'alimentation des circuits de refroidissements. Ce matériau offre une bonne résistance aux sollicitations mécaniques, ainsi qu'une bonne tenue à la corrosion et à la propagation de fissure. Sa légèreté relative facilite les opérations de pose et de maintenance de tuyauteries.
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Tuteurs Centre des Matériaux : L. Laiarinandrasana, C. Ovalle
Société partenaire : EDF
Référence : 04-DMS-2023-EDF-PEHD
L'obtention du comportement en vue de modéliser par éléments finis des composites tissés 3D passe par la réalisation d'essais à différents niveaux de triaxialité des contraintes, depuis le cisaillement simple jusqu'à un haut niveau de triaxialité et ce pour différentes températures. Après un précédent stage mastère DMS (2021), les essais ont été complétés sur 4 résines différentes, matrices potentielles pour le composite 3D tissé. Les données existantes consistent donc en des essais en monotone et en fluage recouvrance de :i) cisaillement Iosipescu ; ii) compression confinée ; iii) traction sur éprouvettes cylindriques doublement entaillées. L'objectif de ce projet de Mastère est de caractériser le comportement dépendant du temps à diverses températures des 4 résines, en cisaillement simple et en compression/traction triaxiale.
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Tuteurs Centre des Matériaux : L. Laiarinandrasana, C. Ovalle
Société partenaire : SAFRAN
Référence : 05-DMS-2023-SAFRAN-COMP
La fabrication additive représente une opportunité stratégique pour Safran, permettant d'optimiser en profondeur certains produits et d'apporter des solutions de compétitivité significative. Afin de relever ce défi, Safran Additive Manufacturing Campus (SAMC) regroupe l'ensemble des compétences depuis la R&T, le développement jusqu'à la fabrication de pièces.
La fabrication additive métallique par fusion sur lit de poudre (LBM) est un des procédés cibles chez Safran Additive Manufacturing Campus (SAMC), pour la réalisation des pièces complexes, la réduction des assemblages, le gain de masse et l'amélioration de leurs performances.
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Tuteur Centre des Matériaux : D. Ryckelynck Société partenaire : SAFRAN Référence : 06-DMS-2023-SAFRAN-BIGMECA
Leader mondial de la production de tubes sans soudure en acier, Vallourec se positionne en tant qu'acteur majeur des énergies nouvelles, en développant des connexions filetées à haute performance adaptées aux besoins du secteur de l'énergie. En explorant de nouvelles applications comme la géothermie, le captage et le stockage du CO2 ainsi que dans le stockage d'hydrogène, Vallourec contribue activement à la transition énergétique et à la construction d'un avenir durable.
Les tubes sont conçus pour résister à des chargements mécaniques très sévères et variables (traction, compression, pression interne et externe), et des essais en vraie grandeur sont réalisés afin de qualifier une connexion et garantir la résistance malgré ces divers chargements mécaniques.
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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, A.F. Gourgues-Lorenzon Société partenaire : VALLOUREC Référence : 07-DMS-2023-VALLOUREC
Les bureaux d’études ont de plus en plus recours aux simulations numériques lors des processus de dimensionnement des pièces aéronautiques. Si les progrès effectués en la matière permettent de simuler des systèmes physiques de plus en plus complexes, les coûts de calcul des composants aéronautique à l'échelle de la pièce prenant en compte les effets de la microstructure sont inenvisageables. Les simulations de structures sont alors réalisées en considérant des comportements matériaux homogénéisés. Cependant, cette homogénéisation du comportement induit une erreur certaine en termes de représentativité physique du modèle.
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Tuteur Centre des Matériaux : B. Marchand Société partenaire : SAFRAN Tech Référence : 08-DMS-2023-SAFRAN-Tech
Ce projet de recherche vise à identifier via une approche expérimentale et numérique les capacités de mitigation de revêtements métalliques et non-métalliques pouvant être déposés à l'intérieur de canalisation de transport de gaz à haute pression, en prévision de leur exploitation future en hydrogène. Pour cela, l'approche expérimentale comprendra à la fois des essais de perméation qui seront réalisés à GRTgaz et des essais mécaniques en fatigue oligo- cyclique sur éprouvettes revêtues. Le protocole expérimental pour ces essais sera défini dans le cadre du projet, sur la base de la recherche bibliographique et de la simulations numériques permettant de dimensionner les éprouvettes. Ces dernières seront notamment employées afin d'évaluer la diffusion de l'hydrogène au sein de l'éprouvette et de garantir une rupture dans la zone d'intérêt.
Cette étude s'inscrit dans le Lab Commun Mines Paris – GRTgaz, offrant des moyens d'essais innovants et complémentaires pour l'étude de la fragilisation par l'hydrogène des aciers de pipelines. Les résultats permettront une meilleure compréhension quant à l'utilisation de revêtements barrières à l'hydrogène, en vue de leur qualification pour une application industrielle.
Mots clés : Energie, fragilisation par l'hydrogène, revêtements, essais, simulation numérique
Sujet en cours de construction
Tuteurs Centre des Matériaux : C. Ovalle, Y. Madi, L. Laiarinandrasana
Société partenaire : GRTgaz
Référence : 09-DMS-2023-GRTgaz-Labcom
Dans le processus de fabrication des composants des installations nucléaires, des caractérisations mécaniques et métallurgiques sont réalisées à divers stades afin de garantir le respect des propriétés requises et donc in-fine l'aptitude du composant à répondre aux exigences de fonctionnement et de sûreté. Lorsque les produits approvisionnés ou les parois du composant final sont minces, il est parfois impossible de prélever des éprouvettes de mécanique de la rupture normalisées classiques (Kv, CT) et la caractérisation doit alors se limiter à des essais de traction.
L'objectif principal du stage est d'évaluer la possibilité de réaliser une caractérisation de produit de quelques millimètres d'épaisseur en mécanique de la rupture.
Tuteurs Centre des Matériaux : T. Morgeneyer, Y. Madi, J. Besson Société partenaire : EDF Référence : 10-DMS-2023-EDF-Meca
Fort de son alliance avec Nissan et Mitsubishi Motors, et de son expertise unique en termes d'électrification, Renault Group s'appuie sur la complémentarité de ses 4 marques - Renault, Dacia, Alpine et Mobilize – et propose des solutions de mobilités durables et innovantes à ses clients.
Pour ses moteurs électriques, Renault a fait le choix des rotors bobinés qui ont le triple avantage d'éviter l'usage des terres rares, de permettre une forte densité massique de puissance et d'atteindre de très bons rendements à haute vitesse. Optimiser masse et rendement sont des axes de travail privilégiés des constructeurs pour améliorer l'autonomie de leurs véhicules. Mais, cette course à l'augmentation de la densité de puissance se heurte à des limites physiques, comme la tenue des bobinages à haute température.
Cette étude portera donc sur la compréhension et la modélisation des phénomènes d'endommagements des conducteurs intégrés aux rotors bobinés et l'identification des paramètres de design ou de process qui limitent la puissance des moteurs.
Mots clés : Moteur électrique, avaries, couplages, caractérisation, simulation EF
Sujet en cours de construction
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Tuteurs Centre des Matériaux : P. Arnaud, F. Azzouz, S. Joannès Société partenaire : AMPERE - RENAULT Référence : 11-DMS-2023-Renault
Le stockage de l'hydrogène offre la possibilité de réguler la production d'électricité produite par les énergies renouvelables intermittentes. L'hydrogène peut être stocké sous terre en l'injectant directement dans une cavité rocheuse munie d'un revêtement métallique (« liner »). Il s'agit de rechercher et de tester plusieurs matériaux métalliques pour définir celui qui sera le plus adapté à ce type de stockage. Ce revêtement doit être suffisamment étudié pour pouvoir être appliquée à une échelle industrielle avec des garanties de rééussite.
Le stage débutera par une recherche bibliographique afin de valider les matériaux métalliques présélectionnés. Des macro-et des mini éprouvettes seront préparés et caractérisées mécaniquement au sein du centre des matériaux. Ces essais visent à étudier la rupture statique et sous conditions de fatigue mécanique et de leurs assemblages soudés sous hydrogène sous pression.
Mots clés : Energie, Hydrogène, revêtements, essais mécaniques, mécanique de la rupture, métallurgie
Sujet en cours de construction
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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, J. Besson Société partenaire : Geostock et Air Liquide Référence : 12-DMS-2023-Geostock-AirLiquide
La fabrication additive métallique permet de maximiser les performances thermomécaniques d'organes de combustion d'un moteur de fusée tout en diminuant la masse, le délai d'approvisionnement et le coût de ces éléments. Néanmoins, de nombreuses optimisations restent encore à développer et les bi-matériaux en font partie. Les alliages de cuivre sont souvent utilisés pour ce type de pièce critique grâce à leurs propriétés d'échanges thermiques très élevées. Toutefois, leurs masses volumiques et le coût de la matière première est relativement élevé pour des propriétés mécaniques relativement restreintes.
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Tuteurs Centre des Matériaux : C. Colin, S. Dépinoy Société partenaire : SIRIUS Référence : 13-DMS-2023-SIRIUS
Dans le cadre de la décarbonation des moyens de production électrique, les turbines à gaz doivents'adapter afin de pouvoir brûler un combustible qui sera de plus en plus concentré en hydrogène.
Cette transition nécessite d'évaluer la ténacité des matériaux utilisés dans les réseaux de canalisations auxiliairesqui seront exposés à l'hydrogène. Ce projet de DMS se concentre sur le développement d'essais sur des mini-éprouvettes, notamment les mSENT (mini Single Edge Notched Tension) prélevées sur des tubes de faible épaisseur et les mDCT (mini-Disc Compact Tension) prélevées sur zones de plus grande épaisseur.
L'objectif principal de ce projet est de mesurer la ténacité des matériaux dans ces deux configurations, en tenant compte de leur exposition à l'hydrogène. L'étudiant(e) aura pour tâche de concevoir et mettre en oeuvre des méthodes d'essai appropriées pour évaluer la résistance et la ténacité résiduelles des matériaux exposés à l'hydrogène. Une étape cruciale de cette étude consistera à valider la méthodologie d'essai en s'aidant de mesures de champs. En plus du volet purement mécanique, une expertise approfondie des matériaux sera nécessaire pour interpréter les résultats des essais et analyser les mécanismes de rupture et de propagation des fissures. Les résultats obtenus fourniront une meilleure compréhension des propriétés des matériaux exposés à l'hydrogène et permettront d'évaluer leur ténacité dans différentes conditions. Ces informations seront essentielles pour adapter les méthodes de conception aux enjeux de décarbonation, assurant ainsi la sécurité et la durabilité des canalisations auxiliaires dans un environnement de combustion à haute concentration d'hydrogène.
Mots clés : Energie, hydrogène, ténacité, essais mécaniques, mini-éprouvettes
Sujet en cours de construction
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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, J. Besson, A. Meddour Société partenaire : GE Référence : 14-DMS-2023-GE
Les essais de résilience Charpy sont utilisés dans l'industrie nucléaire pour certifier les pièces forgées. Cependant, les résultats de ces essais présentent une variabilité forte dans certaines configurations de forgeage
sur certaines pièces réalisés par Framatome à l'usine du Creusot.
Des études préliminaires ont montré que l'acier forgé est fortement hétérogène à l'échelle microscopique. Les hétérogénéités, due à la ségrégation de certains éléments chimiques pendant la succession de procédés
thermomécaniques mis en jeu lors du forgeage, sont la cause principale de la variabilité observée sur les résultats d'essais de résilience.
Tuteurs Centre des Matériaux : P. Kerfriden, B. Marchand Société partenaire : FRAMATOME Référence : 15-DMS-2023-FRAMATOME
Les cupro-bérylliums, alliages de cuivre et de béryllium durcis par précipitation, sont largement utilisés dans l'industrie mécanique, la connectique, l'électromécanique, l'aéronautique, etc, pour leur excellente résistance mécanique, leur bonne conductivité électrique, leur résistance à la corrosion et leur compatibilité avec les atmosphères explosives (environnements ATEX). Le fait qu'ils contiennent une quantité non négligeable de béryllium, élément dont l'oxyde est toxique, amène cependant à leur chercher des successeurs.
Parmi les candidats, les alliages Cu-Ni-Sn possèdent des propriétés mécaniques intéressantes après durcissement structural (résistance allant jusqu'à 1300 MPa) grâce à la précipitation de la phase g-D0 3 de composition (Cu x Ni 1-x ) 3 Sn. Le projet vise à approfondir la connaissance du comportement mécanique de ces alliages, dans une vaste gamme de températures, en lien avec leur évolution microstructurale, afin de contribuer au développement d'un jumeau numérique du procédé. L'activité sera essentiellement expérimentale.
Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Bienvenu, A.-F. Gourgues-Lorenzon Société partenaire : LeBronzeAlloys Référence : 16-DMS-2023-LeBronzeAlloys
