rapport d'activité 2009 - MINES ParisTech

72 MÉCANIQUE ET MATÉRIAUX : RAPPORT D’ACTIVITÉ 2009
de mécanique et matériaux, le master recherche
Nuclear Energy, monté par ParisTech, Orsay,
Centrale Paris et l’INSTN, le Mastère spécialisé
Comportement des matériaux et dimensionnement
des structures (COMADIS), et le doctorat dans la
spécialité Sciences et génie des matériaux (500 thèses
environ préparées au Centre depuis sa création).
Le Centre assure également de nombreuses activités
de formation continue, en particulier dans
le cadre du CACEMI.
Le Centre entretient des relations suivies avec
plusieurs grandes universités étrangères. Il a ainsi
accueilli des visiteurs étrangers de différentes nationalités
et plusieurs enseignants chercheurs ont fait
des séjours à l’étranger (MIT, Berkeley, Georgia Tech,
universités européennes et asiatiques).
Recherche
Les travaux des équipes de recherche et du groupe
de valorisation présentés ici, visent la compréhension
des phénomènes et des processus permettant
d’expliquer et de prévoir le comportement des matériaux
en fonction des sollicitations mécaniques, thermiques
et de l’environnement souvent corrosif. Ce
comportement résulte de leur composition, mais
aussi du processus d’élaboration et de transformation
thermomécanique que l’on cherche à optimiser.
La maîtrise des matériaux repose, d’une part, sur les
procédés d’élaboration (l’amélioration de la pureté
des alliages et le contrôle des microstructures ont
un effet bénéfique considérable sur leurs propriétés
mécaniques) et, d’autre part, sur la connaissance de
leur comportement dans les conditions de sollicitation
aussi proches que possible de celles rencontrées
en service. La notion de performance des matériaux
s’est progressivement effacée au profit de celles de
fiabilité et de préservation de l’environnement.
Si cette liaison est évidente, on oublie généralement
que l’augmentation du rendement des
machines ou de la durabilité des objets, due à l’augmentation
des performances des matériaux, est l’un
des principaux facteurs de progrès. Les développements
récents en génie des matériaux sont le fruit
d’une collaboration entre physico-chimistes, métallurgistes,
mécaniciens et numériciens. Cette association,
outre la formation de jeunes scientifiques
intégrant les quatre cultures, a permis des avancées
significatives par :
■■
la prise en compte de lois représentatives du comportement
d’une variété de plus en plus vaste de matériaux (métaux et
alliages, céramiques, polymères, composites, tissages, multimatériaux...)
et d’assemblages (soudage, brasage, collage...)
dans des conditions complexes de sollicitation (grandes
déformations, fluage, fatigue...) pour le dimensionnement
des composants et des structures ;
■■
l’intégration de la notion de défauts et d’endommagement
dans l’évaluation de la fiabilité ;
■■
le développement des approches « micro-macro ou multiéchelles
» qui déduisent, à partir de caractéristiques microstructurales,
les propriétés macroscopiques (mécaniques ou
physiques) ;
■■
le développement des approches multi-physiques qui
permet, à partir d’une compréhension des mécanismes
physiques de couplage entre la microstructure, par exemple,
et la diffusion, de prédire le comportement et la durée de vie
des matériaux ayant des structures complexes ;
■■
le développement et la validation du concept d’approche
locale de la mécanique de la rupture qui intègre les caractéristiques
microstructurales dans les processus d’endommagement
et de fissuration.
L’amélioration des performances des ordinateurs
permet maintenant de traiter des problèmes industriels
prenant en compte une géométrie complexe,
une représentation fine du matériau et la variabilité
des sollicitations mécaniques et thermiques.
Équipe Surfaces, interfaces
& procédés (SIP)
Marie-Hélène Berger, Yves Bienvenu,
Christophe Colin, Cécilie Duhamel,
Vincent Guipont, Michel Jeandin, Alain Thorel
L’objectif des recherches est de relier les procédés
par ses paramètres aux propriétés d’emploi, via la
microstructure. L’élaboration et la mise en forme
impliquent des transformations de phase (solidification,
polymérisation, cristallisation...) à l’équilibre
on non, des réactions entre phases (élaboration
ou assemblage réactif) et souvent le passage de
l’état de poudre à celui de matériaux denses ou à
porosité maîtrisée. L’étude des interfaces (joints
de grains, interfaces hétérophases) est indispensable
pour comprendre le frittage, l’infiltration
d’un solide par un liquide et les assemblages de
matériaux. L’approche scientifique repose sur la
thermodynamique des volumes, des surfaces et
interfaces, sur la cinétique des transferts de chaleur
et de matière, sur la physico-chimie de la matière
condensée et sur la mécanique des matériaux. Ces
approches globales de l’élaboration, mais aussi du
vieillissement des matériaux en service, prennent
en compte divers phénomènes physico-chimiques
quantifiables au laboratoire, comme la capillarité,
le mouillage et la rhéologie, les changements de
phase, la diffusion (solide, liquide et gazeuse), la
déformation et la réactivité.