Design des Matériaux et des Structures
Mastère Spécialisé
Mastère Spécialisé
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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
Tuteur Centre des Matériaux : Y. Madi 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
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.
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
