Liste des sujets proposés pour la rentrée 2020

Il y a 13 sujets disponibles.

Sujet 01 : Identification et modélisation du comportement thermomécanique multiaxial d'une résine époxy
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Pour les apllications visées par Safran Aircraft Engines dans le cadre du programme LEAP, les matériaux composites à matrice organique (CMO) à renfort de type interlock présentent certains avantages. En effet, ces matériaux tissés dans l’épaisseur permettent d'éviter les délaminages rencontrés dans les composites de type stratifié tout en facilitant l'élaboration des pièces finies enévitant l'empilement d'un nombre important de plis.
La complexité des pièces structurelles en composite tissé 3D développées par Safran Aircraft Engines, implique des mécanismes d’endommagement variés au sein du matériau. En ajoutant les contraintes induites par leur utilisation en service et l’environnement, ces mécanismes nécessitent d’être étudiés et modélisés. La particularité des matériaux composites en général et spécifiquement les composites tissés 3D requiert plusieurs échelles de modélisation afin de rendre compte de l’ensemble des mécanismes physiques en jeu dans le matériau. C’est en composant avec ces prérequis que Safran Aircraft Engines pousse à améliorer la compréhension de ses matériaux pour optimiser leur dimensionnement. Dans ce cadre, Safran Aircraft Engines souhaite étudier le comportement et la rupture de la résine epoxy utilisée comme matrice pour l’élaboration des pièces en composite tissé 3D.

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Tuteurs Centre des Matériaux : Lucien Laiarinandrasana, Cristian Ovalle
Société partenaire : SAFRAN
Référence : 01-DMS-2020-SAFRAN

Sujet 02 : Caractériser et simuler les états de contrainte à dominante biaxiale dans la paroi d'une tuyauterie PEHD sous pression hydrostatique
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Dans le cadre des évolutions liées aux nouvelles exigences post-Fukushima (PFKS), EDF utilise des tuyauteries de polyéthylène haute densité (PEHD) comme système de refroidissement d'ultime secours afin d'évacuer durablement la puissance résiduelle du réacteur nucléaire et de la piscine d'entreposage des combustibles en cas de perte combinée de la source froide et de l'alimentation électrique. Ce matériau est également proposé dans les programmes de construction de nouvelles centrales nucléaires (projet EPR2) principalement pour ses qualités de tenue au séisme et de durabilité en service. Les tuyauteries en PEHD présentent un bon retour d'expérience dans les industries de transport et de distribution d'eau potable et de gaz. Ce matériau a, en outre, la particularité d'offrir une bonne résistance aux sollicitations mécaniques, ainsi qu'une bonne
tenue à la corrosion et à la propagation de fissure. EDF R&D ainsi que les entités d’ingénierie, Direction industrielle (DI) et Direction Technique (DT) sont partenaires de ce projet industriel.

L’objectif de ce stage est de caractériser et de simuler les états de contrainte à dominante biaxiale dans la paroi d’une tuyauterie PEHD sous pression hydrostatique afin d’aider à la formulation d’un critère de ruine.

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Tuteurs Centre des Matériaux : Lucien Laiarinandrasana, Cristian Ovalle
Société partenaire : EDF
Référence : 02-DMS-2020-EDF

Sujet 03 : Identification de loi de comportement en plasticité cristalline à l’aide de méthodes de caractérisation locales avancées
- Ce sujet est déjà attribué --

Afin d’améliorer la tenue des pièces en service, un des leviers concerne l’amélioration de la qualité de la matière qui constitue les structures. Les matériaux actuels et futurs sont ainsi optimisés autant du point de vue de leur composition chimique que de leur gamme
de fabrication et de finition, permettant in fine d’obtenir la matière, la microstructure et l’état de surface adaptées à l’application cible. Avec les avancées sur le « matériau et le procédé », il est nécessaire de proposer de nouveaux modèles mécaniques pour ces
matériaux afin de faire avancer, en parallèle, le dimensionnement et ainsi tenir compte des caractéristiques spécifiques de ces matériaux. Une des caractéristiques qu’il peut être intéressant d’introduire dans nos modèles est la microstructure granulaire du matériau (texture cristallographique, taille de grains, ...)

sujet en cours de construction 
Tuteurs Centre des Matériaux : Henry Proudhon et Clément Ribart
Société partenaire : SAFRAN
Référence : 03-DMS-2020-SAFRAN

 

Sujet 04 : Suivi expérimental et numérique d’essais de fluage sur éprouvettes en superalliage monocristallin
- Ce sujet est déjà attribué --

Ce projet, en partenariat avec SAFRAN s’inscrit dans le cadre de travaux de thèse ayant pour objectif le développement d’une méthodologie automatique d’aide à la sanction de dérogation de pièces en superalliage monocristallin. La méthodologie permettra de donner un indicateur de durée de vie près d’une zone de concentration de contrainte sous une sollicitation mécanique à Haute Température avec gradient thermique. Ce calcul utilisera des techniques de maillage automatique appliquées aux images issues de la numérisation d’une pièce par tomographie. Cette chaine automatique prendra ainsi en compte les variations géométriques locales de la pièce ainsi que la désorientation cristalline du matériau. Le Projet se concentrera sur le développement d’un maillon de la chaine traitant d’une méthode de morphing de géométrie CAO par approche probabiliste. L’opération de morphing permettra de déformer un maillage CAO sur le maillage d’une éprouvette tomographiée afin de déterminer les zones de variations géométriques liées au processus de fonderie.

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Tuteurs Centre des Matériaux : David Ryckelynck, Pierre Kerfriden et Axel Aublet
Société partenaire : SAFRAN
Référence : 04-DMS-2020-SAFRAN


Sujet 05 : Effet de microstructure sur le phénomène de déviation de fissures dans un alliage à base d’aluminium 2050-T8 pour des applications aéronautiques
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Dans le cadre du développement des futurs aéronefs, Dassault a fait le choix d’intégrer un nouveau matériau dans certaines structures, l’alliage à base d’aluminium 2050-T8. Spécifiquement, le choix de cette nuance d’alliage est motivé par ses bonnes propriétés mécaniques spécifiques (en particulier sa tolérance aux dommages), sa densité moindre, et sa résistance à la corrosion élevée. Un élément clé de compréhension reste toutefois à éclaircir afin de déterminer au plus juste les critères de dimensionnement : le phénomène de déviation de fissures. En effet, pour cet alliage, il apparait que les critères de bifurcation de fissures classiques sont mis en défaut dans les structures intégrales. Des analyses mécaniques de ce phénomène en étant en cours, l’objectif de ce projet est d’identifier les paramètres microstructuraux du matériau à l’origine de la déviation de fissures. La première étape du travail consistera en une recherche bibliographique approfondie pour déterminer et orienter le travail expérimental qui sera réalisé en deuxième étape. Une caractérisation du matériau à différentes échelles en fonction de l’épaisseur et/ou de l’orientation des tôles en 2050-T8 pour l’état de référence et sur des échantillons issus d’éprouvettes élémentaires disséquées à différents stades de la propagation de fissures sera effectuée. Une attention particulière sera portée à une analyse de la texture cristallographique (EBSD), l’état de précipitation (MEB, MET) et la répartition des contraintes résiduelles (DRX).

sujet en cours de construction 
Tuteurs Centre des Matériaux : Vladimir Esin et Henry Proudhon
Société partenaire : DASSAULT
Référence : 05-DMS-2020-DASSAULT

 

Sujet 06 : Réduction des propriétés mécaniques d’aciers faiblement alliés exposés à de l’hydrogène gazeux sous pression
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GRTgaz a annoncé le lancement d’un projet de plateforme de recherche, d’innovation et de coopération européenne sur les nouveaux gaz dont l’hydrogène. La plateforme FenHYx visera en particulier à reproduire les effets du transport d’hydrogène gazeux sur l’intégrité du réseau, en réalisant des essais à différentes pressions et concentrations d’hydrogène et de méthane. Dans le cadre de ce projet DMS, l’ingénieur stagiaire sera chargé d’organiser et de réaliser une campagne expérimentale sur une sélection de matériaux de base, ayant déjà été caractérisés sans présence d’hydrogène. Les essais seront préalablement dimensionnés par simulations EF.

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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, A. Meddour, J. Besson
Société partenaire : Rice-GRTgaz
Référence : 06-DMS-2020-Rice-GRTgaz

 

Sujet 07 : Caractérisation des mécanismes de rupture fragile et modélisation d’un revêtement en mousse syntactique de PP
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Les pipelines sous-marins sont fabriqués en soudant bout à bout des tuyaux, généralement de 12 m de long, jusqu'à ce que la longueur de pipeline requise soit atteinte. Pour obtenir les performances thermiques nécessaires afin d’empêcher la formation de cire ou d'hydrates qui pourraient bloquer le pipeline pendant le service, un revêtement isolant à base de polymère est souvent utilisé. Les joints de douze mètres sont enduits en usine avant la fabrication de la base de bobine, où un revêtement de joint est appliqué sur site, entre les joints après le soudage de la circonférence. Cependant, la localisation des contraintes aux emplacements des joints lors de l'installation sous-marine à basse température peut engendrer une rupture rapide du revêtement. Ce programme vise à caractériser les mécanismes de rupture des grades de polymères utilisés pour l'isolation thermique des pipelines sous-marins.
 

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Tuteurs Centre des Matériaux : Lucien Laiarinandrasana, Cristian Ovalle
Société partenaire : TECHNIP
Référence : 07-DMS-2020-TECHNIP

 

Sujet 08 : Conception et réalisation d'essais sur disque avec entaille sous environnement H2
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Leader mondial des gaz, technologies et services pour l’industrie et la santé, Air Liquide est présent dans 80 pays avec environ 68 000 collaborateurs et sert plus de 3 millions de clients et de patients. Oxygène, azote et hydrogène sont au cœur du métier du Groupe depuis sa création en 1902. L’ambition d’Air Liquide est d’être le leader dans son industrie, en étant performant sur le long terme et en agissant de façon responsable.

Air Liquide est une société très active dans le domaine de l’hydrogène énergie et couvre l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement depuis la production du gaz jusqu’à son utilisation dans les piles à combustible comme dans les voitures électriques à hydrogène. Le choix des matériaux soumis à exposition d’hydrogène sous haute pression et à du cyclage (phénomène de fatigue) est clé dans le design pour la sécurité et le développement des stations de remplissage hydrogène par exemple.
 

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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, J. Besson
Société partenaire : AIR LIQUIDE
Référence : 08-DMS-2020-AIRLIQUIDE

 

Sujet 09 : Développement de mini-éprouvettes pour évaluer la ténacité de tubes de transport pour application H2
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Mannesmann Precision Tubes GmbH (MPTFR pour la France), l’un des principaux fabricants européens de tubes de précision en acier sans soudure et soudés, laminés à chaud, soudés brut ou étirés à froid, propose ses produits dans une large gamme de dimensions pour l’industrie automobile et ses fournisseurs, la construction de machines et d’installations, et le secteur énergétique. L’une des problématiques à traiter dans la conception des tubes est la tenue en service sous charge. L’évaluation sur les performances de l’impact potentiel des fluides pouvant comporter une teneur en hydrogène significative, est également cherchée. La connaissance de l’évolution des caractéristiques des produits en service des tubes est importante pour aider à la conception de ces produits spécifiques. Pour connaître ces caractéristiques, MPTFR souhaite définir et appliquer une méthodologie permettant d’accéder à ces données (caractéristiques mécaniques, ténacité, comportement à la fissuration) par l’utilisation de mini-éprouvettes adaptées aux contraintes de prélèvement d’un tube de faible épaisseur.

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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, V. Esin, A. Meddour et J. Besson
Société partenaire : MANNESSMANN
Référence : 09-DMS-2020-MANNESSMANN

 

Sujet 10 : Etude de l'anisotropie de comportement et de rupture des connexions filetées à haut grade
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Leader mondial de la production de tubes sans soudure en acier, le Groupe Vallourec compte six centres de recherche à travers le monde, dont deux centres de recherche en France  consacrés à la métallurgie, à la résistance, à la corrosion, aux traitements de surface, aux simulations numériques de produits et procédés, aux contrôles non destructifs, aux procédés thermiques et aux développements et validation des nouvelles connexions filetées. Les tubes destinés à être utilisés dans des applications « exploration/extraction de pétrole et gaz » sont assemblés par des connexions filetées. Celles-ci sont conçues pour résister à des chargements mécaniques très sévères (tension, compression, pression intérieures et extérieure), et des essais en vraie grandeur sont réalisés afin de qualifier une connexion et garantir le maintien d’une étanchéité au gaz malgré ces divers chargements. Lors de ces essais, après avoir réalisé une batterie d’essais normés, les connexions sont sur-sollicitées jusqu’à la rupture. Ces dernières années, des faciès de rupture non conventionnels sont apparus. Cette étude vise à développer une stratégie robuste de caractérisation et de prédiction des propriétés des matériaux métalliques à hauts grade plus une méthodologie qui permettra de simuler l’endommagement (amorçage et propagation de fissures) des connexions.

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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, D. Missoum, F. Gaslain et J. Besson
Société partenaire : VALLOUREC
Référence : 10-DMS-2020-VALLOUREC

 

Sujet 11 : Développement d’une méthodologie d’étude des soudures longitudinales de pipelines grâce à l’emploi de mini-éprouvettes
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GRTgaz est le gestionnaire d’un réseau de transport de gaz sous haute pression, long de plus de 32 000 km. Acteur résolument engagé dans la transition énergétique, GRTgaz s’est fixé pour objectif d’accueillir dans son réseau du gaz totalement décarboné (100% H 2 ) ou partiellement décarboné (mix CH 4 -H 2 ). En préparation d’une telle injection, il est primordial pour GRTgaz d’évaluer les potentiels effets de l’hydrogène sur les propriétés mécaniques des aciers faiblement alliés utilisés pour la fabrication des tubes, mais également sur les zones soudées de fabrication (tube « roulé-soudé ») et d’assemblage (soudure de raboutage). En effet, un abaissement conséquent de la ténacité peut être observé sur certaines nuances soumises à l’hydrogène. C’est dans ce contexte que GRTgaz souhaite disposer d’une méthodologie d’essai robuste sur petits prélèvements, permettant ainsi de caractériser la matière tout en assurant la continuité de l’approvisionnement en gaz.

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Tuteurs Centre des Matériaux : Y. Madi, B. Marchand, A. Meddour,  J. Besson
Société partenaire : Rice-GRTgaz
Référence : 11-DMS-2020-Rice-GRTgaz

 

Sujet 12 : Essais et simulations numériques pour déterminer le matériau du pas de tir et de récupération de Thémis
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L’étude se place dans le contexte du programme Thémis, démonstrateur d’étage de lanceur réutilisable, équipé du moteur bas coût Prometheus LOx/CH4, et qui prépare le post-Ariane 6 (ANEXT). Ce programme est piloté par ArianeWorks (AW), entité mixte CNES et
ArianeGroup. Thémis est un ensemble de démonstrateurs incrémentaux d’un étage récupéré après son vol, après atterrissage à la verticale. La démonstration vise à valider le gain de coût de la réutilisation en montrant la capacité à récupérer (objectif système autour du pilotage) et la capacité à revalider (remettre en configuration les éléments de l’étage et des moyens sol) du système.
L’étude porte sur la définition du matériau pour le sol en configuration dalle simple et devra permettre d’apporter des éléments de réponses aux questionnements suivants : quel type de matériau (tenue en cyclage thermique, impact sur le flux qui revient sur la baie arrière véhicule) pour la dalle simple. La recherche de solutions matériaux pour les installations sol doit viser la simplicité et la robustesse (objectif de maîtrise des coûts de lancement).
 

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Tuteurs Centre des Matériaux : V. Maurel, L. Remy, P. Kerfriden et A. Köster
Société partenaire : CNES
Référence : 12-DMS-2020-CNES

 

Sujet 13 : Modélisation de l’effet d’irradiation sur la plasticité cristalline de l’acier des cuves des réacteurs nucléaires
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La production d’électricité d’origine nucléaire est incontournable dans la lutte contre le changement climatique du fait qu’elle n’émet pas de gaz à effet de serre. Face à cet enjeu, la prolongation de la durée de fonctionnement des centrales nucléaires représente donc un objectif fort pour EDF. En particulier, pour permettre la justification de la tenue mécanique des cuves des réacteurs au-delà de 40 ans, EDF R&D développe des modèles de prévision de l’effet de l’irradiation sur l’évolution du comportement de l’acier constitutif des cuves. C’est à l’échelle de la microstructure du matériau que cet effet peut être décrit finement à l’aide de modèles de plasticité cristalline. En particulier, des modèles dits « à base physique » décrivent les mécanismes de glissement des dislocations à l’origine de la plasticité en se basant sur l’évolution de grandeurs physiques intrinsèques au matériau [1]. L’implémentation numérique de ces modèles et leur validation expérimentale restent néanmoins complexes à réaliser et requièrent les dernières avancées à la fois en terme d’outils de simulation et de techniques de mesure.

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Tuteurs Centre des Matériaux : S. Forest, K. Ammar
Société partenaire : EDF
Référence : 13-DMS-2020-EDF
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