Design des Matériaux et des Structures
Mastère Spécialisé
Mastère Spécialisé
Il y a 11 sujets actuellement. A noter que nos propositions de stages sont régulièrement actualisées.
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 : 01-DMS-2024-EDF-PEHD
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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 : 02-DMS-2024-GRTgaz-Labcom
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Les pièces en acier faiblement allié utilisées pour la fabrication des composants lourds du circuit primaire des centrales REP sont forgées à partir de lingots de fort tonnage. Les temps de solidification très longs de ces lingots conduisent à des ségrégations plus intenses et de dimensions accrues à toutes les échelles (micro, méso, macro). Ces ségrégations se retrouvent dans la pièce finie et contribuent à leurs propriétés. L’effet des macro-ségrégations a été étudié ces dernières années, mais celui de la forme la plus générale des mésoségrégations sur les propriétés mécaniques est notable dans certaines situations tout en étant mal compris. Le phénomène de mésoségrégation conduit simultanément à des facteurs d’amélioration de la ténacité (meilleure trempabilité) et de détérioration (durcissement, moindre propreté inclusionnaire…). Des travaux de thèse récents ont néanmoins permis, pour une pièce forgée de fort tonnage donnée, d’une part, de mieux caractériser quantitativement les mésoségrégations et, d’autre part, et de mettre en place une simulation numérique par approche locale de la rupture d’un matériau comportant des mésoségrégations.
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Tuteur Centre des Matériaux : J. Besson Société partenaire : EDF-Lab Référence : 03-DMS-2024-EDF-MMC
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Les systèmes barrières thermiques sont utilisés sur les pièces les plus chaudes de la turbine Haute Pression des turboréacteurs d'avion (aubes et distributeurs). Associés à des canaux de refroidissement internes, ce système barrière thermique permet d'augmenter la température des gaz, et donc le rendement du turboréacteur, tout en maintenant une température suffisamment basse pour ne pas endommager le superalliage base nickel monocristallin utilisé dans ces composants. Un des modes de défaillance de ces systèmes barrières thermiques se résume en une séquence (1) d'apparition de micro-fissures à l'interface substrat/revêtement, (2) de délaminage macroscopique et propagation de cette zone délaminée puis (3) d'écaillage d'une partie du revêtement. L'objectif du projet consiste à proposer un schéma numérique de type zoom structural permettant de coupler, au sein d’une même analyse, un modèle macroscopique sur structure complète avec un modèle microscopique sur une zone d’intérêt, permettant d'estimer finement l’état mécanique local dans les différentes couches du système barrière thermique et aux interfaces.
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Tuteurs Centre des Matériaux : B. Marchand, V. Maurel Société partenaire : SAFRAN Tech Référence : 04-DMS-2024-SAFRAN
Le comportement macroscopique des pièces métalliques est en grande partie piloté par la microstructure du matériau constitutif. Par exemple, on observe généralement une augmentation de la limite d’élasticité en fonction de l’inverse de la racine carrée de la taille des grains (loi de Hall- Petch). Les caractéristiques microstructurales étant fortement influencées par le procédé de mise en forme de la pièce, les performances des pièces aéronautiques, dont les disques de turbine, sont régies par la combinaison cas de chargement/procédés. En effet, la durée de vie en fatigue augmente de façon inverse avec la taille de grain, ce au prix d’une résistance au fluage réduite.
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Tuteurs Centre des Matériaux : J.M. Scherer, H. Proudhon Société partenaire : SAFRAN Tech Référence : 05-DMS-2024-SAFRAN-BIGMECA
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VALLOUREC est leader mondial des solutions tubulaires premium destinées principalement aux marchés de l’énergie (pétrole et gaz, énergie électrique). Son expertise s’étend également au secteur de l’industrie (mécanique, automobile, construction...). Avec plus de 17 000 collaborateurs, des unités de production intégrées, une R&D de pointe et une présence dans plus de 20 pays, Vallourec propose à ses clients des solutions globales innovantes adaptées aux enjeux énergétiques du XXIe siècle.
Au sein du Centre des Matériaux (MINES Paris, PSL, CNRS UMR 7633, Evry), ce stage de Mastère Spécialisé DMS en partenariat avec VALLOUREC propose une étude sur la modélisation détaillée des interfaces de contact métal-métal graissé.
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Tuteur Centre des Matériaux : V. Yastrebov Société partenaire : VALLOUREC Référence : 06-DMS-2024-VALLOUREC
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Les alliages à base de cuivre et de nickel représentent des candidats potentiels pour certaines applications en milieux hydrogénés : canalisation, électrolyseurs, réservoirs. Ils combinent des propriétés mécaniques, une résistance à la corrosion, un comportement amagnétique et une compatibilité avec les atmosphères explosives (environnements ATEX).
Ces alliages sont actuellement élaborés par Lebronze Alloys selon différents procédés de fonderie puis de transformation en aval (déformations à chaud ou à froid, traitements thermiques). Leur comportement en présence d'hydrogène (pression et durée d'exposition) et sous certaines sollicitations mécaniques est donc affecté par la composition chimique.
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Tuteurs Centre des Matériaux : A.F. Gourgues-Lorenzon, Y. Madi Société partenaire : Lebronze Alloys Référence : 07-DMS-2024-LBA
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Les canalisations enterrées de transport de gaz sont protégées contre la corrosion par la protection cathodique qui consiste à polariser cathodiquement l’acier au niveau des défauts de revêtement ouverts. Ce faisant, les réactions de réduction des oxydants (O2, H2O, CO2, H2S, …) présents dans l’eau souterraine sont accélérées et inversement, la réaction de dissolution anodique du fer est ralentie. Néanmoins, la réaction de réduction de l'eau conduit à la formation d'H2 qui peut être absorbé par l'acier et entraîner un abattement de ses performances mécaniques (phénomène de Fragilisation Par l'Hydrogène).
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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, C. Duhamel, A. Meddour Société partenaire : GRTgaz Référence : 08-DMS-2024-GRTgaz
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L'utilisation des calculs par éléments finis sur des géométries réelles apporte une grande valeur ajoutée à l'analyse des pièces produites. L'une des questions est la façon de prendre en compte les accidents géométriques (zones de fortes variations locales, indications métallurgiques telles que les inclusions ou les porosités) et les variations locales de comportement du matériau en raison de la présence d'une désorientation cristalline.
L'objectif de ce stage est de définir la stratégie la plus efficace et la plus automatique pour injecter ces éléments dans un maillage. Grace au nouvel équipement de contrôle par la diffraction en transmission, nous pouvons réaliser des cartographies rapides d'orientations en 2 dimensions des pales de turbine. Durant ce stage, on pourra utiliser cette information 2D de la cartographie pour la réattribuer au volume géométrique de la pièce qui l'a généré. Il faudra alors associer chaque éléments finis du volume 3D à son orientation cristalline, pour enfin réaliser des nouveaux calculs mécaniques intégrant cette caractéristique.
Mots clés : Contrôle non destructif, défauts, maillage EF, orientation cristalline
Sujet en cours de construction
Tuteurs Centre des Matériaux : H. Proudhon, A. Ferhat Société partenaire : SAFRAN Tech Référence : 09-DMS-2024-SAFRAN-BIGMECA
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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.
Ce projet DMS en collaboration avec SIRIUS Space Services, est une start-up française qui développe une gamme de lanceurs durables et réutilisables, dédiée au lancement de petits satellites, vise à optimiser une pièce bi-matériau (alliage base nickel déposé sur un alliage cuivreux) à travers (1) l’optimisation de sa microstructure via des traitements thermiques et (2) l’optimisation de la géométrie de la pièce, à savoir l’épaisseur de la couche d’alliage à base de nickel. Des caractérisations métallurgiques (MO, MEB, EDX, DRX, EBSD, dureté) permettront d’étudier l’effet des traitements thermiques sur la microstructure de la pièce.
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Tuteur Centre des Matériaux : S. Dépinoy
Société partenaire : SIRIUS Space Services
Référence : 10-DMS-2024-SIRIUS-1
Dans le cadre de son programme de développement de sa gamme de lanceurs durables et réutilisables, Sirius Space Services s'intéresse à la caractérisation du comportement et aux mécanismes de rupture des tôles soudées en alliage d'Aluminium. Dans cet objectif, des essais de comportement seront tout d'abord réalisés sur le matériau de base suivi d'une caractérisation mécanique et métallurgique fine de la jonction soudée. Il s'agira d'investiguer l'influence des paramètres de soudage sur la microstructure et les conséquences sur les mécanismes de rupture.
Une étude bibliographique approfondie sur la métallurgie des jonctions soudées sera effectuée suivi de la réalisation d'une campagne expérimentale sur le matériau de base puis sur la jonction soudée. Un modèle de comportement élasto-plastique sera optimisé par confrontation aux résultats expérimentaux. Une caractérisation des faciès de rupture au MEB et/ou EBSD permettra de mettre en place un scénario de rupture.
Mots clés : alliage d'Aluminium, essais mécaniques, caractérisation microstructurale, rupture, simulation par éléments finis.
Sujet en cours de construction
Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, T. Morgeneyer
Société partenaire : SIRIUS Space Services
Référence : 11-DMS-2024-SIRIUS-2
