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Olivier Remy, third year student of the Corps des Mines

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[POURVU] Etude multi-échelles des mécanismes thermo-mécaniques du frottement

Multi-scale study of thermo-mechanical mechanisms of friction

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

FOREST Samuel

Co-encadrant

YASTREBOV Vladislav

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactSamuel FOREST
Date de validité

01/10/2020

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Accueil/Propositions-de-theses/
Mots-clés

Multi-échelles, Thermo-mécaniques

Multi-scale, thermo-mechanical

Résumé

Dans cette thèse nous proposons d'étudier la question fondamentale du frottement sec microscopique entre des surfaces rugueuses métalliques en prenant en compte le comportement du matériau pertinent ainsi que le couplage thermo-mécanique. Cette étude innovante se base sur l'alliage unique des expertises des encadrants en plasticité cristalline, en modélisation de la rugosité, techniques expérimentales thermo-mécanique, et en méthodes numériques avancées du couplage multi-physique pour les problèmes de contact.

In this thesis we propose to study the fundamental question of microscopic dry friction between metallic rough surfaces by taking into account the behaviour of the relevant material as well as the thermo-mechanical coupling. This innovative study is based on the unique combination of framing expertise in crystalline plasticity, roughness modeling, thermo-mechanical experimental techniques, and advanced numerical methods of multi-physical coupling for contact problems.

Contexte

Le frottement que l'on mesure dans un système ne représente que la quantité macroscopique résultante de l'interaction de nombreux mécanismes microscopiques. La compréhension des origines du frottement et la possibilité de le mesurer et contrôler, nécessite d'étudier ces mécanismes locaux comportant la rugosité des surfaces, le comportement des matériaux à petite échelle ainsi que la présence du troisième corps et un fluide lubrifiant dans l'interface et tout cela dans le contexte thermo-mécanique. Depuis des travaux pionniers de Bowden & Tabor, Holm et Archard, le concept de l'aire réelle de contact, considérablement inférieure à l'aire apparente de contact, permet d'expliquer beaucoup de phénomènes interfaciaux. Mais malgré les progrès considérables depuis les 60 dernières années dans la modélisation du frottement, la prévision du frottement entre deux matériaux connus aux propriétés surfaciques également connues reste un défi majeur dans la science d'ingénieur. Cette difficulté provient de la complexité des phénomènes à l'interface (mécanique, thermique, chimique) et leurs interactions.

Encadrement

Directeur de thèse : Samuel Forest - Centre des Matériaux
Co-Encadrants : Vladislav Yastrebov & Cristian Ovalle-Rodas - Centre des Matériaux
Lieu : Centre des Matériaux - MINES ParisTech - Evry (91)

Profil candidat

Pour être admis en doctorat, le candidat doit être titulaire d'un diplôme national de master ou d'un autre diplôme conférant le grade de master (diplôme d'ingénieur, diplôme étranger équivalent…), à l'issue d'un parcours de formation établissant son aptitude à la recherche.

Les candidats seront sélectionnés après entretien devant un jury évaluant leur aptitude à la recherche et l'adéquation de leur formation et connaissances avec le sujet de thèse proposé. De solides connaissances scientifiques, une première expérience en recherche (stage 4 mois minimum), une forte motivation pour la recherche, un bon niveau en anglais seront exigés (minimum B2).

Le dossier de candidature doit comporter :

- une lettre de motivation comportant le projet professionnel du candidat
- un curriculum vitae détaillé mentionnant études, stages de recherche effectués, diplômes avec date d'obtention, expérience professionnelle, axes de recherche envisagés
- un relevé de notes du cursus antérieur (cycle ingénieur et/ou master)
- une ou plusieurs lettres de recommandation...
- une attestation du niveau d'anglais.
- pour un étudiant non francophone, un niveau A2/B1 en français (référentiel européen) est recommandé à son entrée en doctorat
- pour les étudiants non titulaires d'un diplôme national de master recherche, tous documents attestant les qualifications de l'étudiant en matière de formation par la recherche (attestations stages de recherche avec résumé du mémoire, recommandations, publications…)
- une copie de carte d'identité ou passeport

Les pièces au format pdf sont à envoyer avant le 8 juin 2020 à
recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

SEULES LES CANDIDATURES ADRESSÉES PAR E-MAIL SERONT PRISES EN COMPTE

To be admitted to a doctorate, the candidate must hold a national master's degree or another diploma conferring the master's degree (engineering diploma, equivalent foreign diploma, etc.), following a course of training establishing his research aptitude.
Applicants will be selected after interview before a jury assessing their research aptitude and the adequacy of their training and knowledge with the proposed thesis subject. Strong scientific knowledge, a first research experience (internship 4 months minimum), a strong motivation for research, a good level in English will be required (minimum B2).
The application must include:
• a motivation letter including the candidate's professional project
• a detailed curriculum vitae mentioning studies, research internships carried out, diplomas with date obtained, professional experience, research axes envisaged
• a transcript of marks from the previous course (engineer and / or master cycle)
• one or more letters of recommendation ...
• a certificate of English level.
• for a non-French speaking student, an A2 / B1 level in French (European standard) is recommended when entering a doctorate
• for students who do not hold a national research masterÂ's diploma, all documents attesting to the studentÂ's qualifications in research training (research internship certificates with summary of the dissertation, recommendations, publications, etc.)
• a copy of identity card or passport

The documents in pdf format must be sent to recruitment_these@mat.mines-paristech.fr no later than June 8

ONLY THE APPLICATIONS ADDRESSED BY E-MAIL WILL BE TAKEN INTO ACCOUNT

Résultat attendu

Cette étude permettra d'ajouter dans le code la fonctionnalité de traitement du contact frottant avec la prise en compte de l'échange thermique et de la génération du frottement qui nous manque pour certaines études dans le domaine aérospatial où la composante thermique est très importante. De plus cette fonctionnalité sera équipée d'une loi de conductivité interfacique pertinente qui sera aussi le produit de cette étude. Mais plus important, nous allons faire un lien entre le frottement sec et les propriétés du matériaux et des surfaces, qui présente toujours un défis scientifique non-résolu.

Objectif

Le but de ce projet de thèse est ambitieux : élaborer un modèle thermo-micromécanique de l'interface de contact afin de faire un lieu direct entre les propriétés du matériaux et de l'état de la surface avec le frottement macroscopique. Le modèle microscopique comprendra les ingrédients suivants qui permettront de généraliser les études de contact pour une large classe des matériaux cristallins : (1) une rugosité contrôlée des surfaces mises en contact, (2) un modèle du comportement élasto-visco-plastique général pertinent à la petite échelle de la rugosité, (3) l'effet de réchauffement dû au frottement ainsi que le lien entre la température et les paramètres du modèle de matériaux. La mise en œuvre de ce modèle nécessitera la compréhension profonde de ces trois composantes et de leur couplage dans le contexte de contact et frottement sec. Nous visons donc en faisant une étude statistique élaborée de proposer une nouvelle loi de frottement macroscopique qui sera basée sur les propriétés mesurables des matériaux et des surfaces en contact. Une loi phénoménologique de conductivité thermique des interfaces de contact, qui est importante pour de nombreuses applications industriel et qui manque au jour d'aujourd'hui dans Z-set, fera partie des 'sous-produits' de cette étude.

Références

/

Type financement

Concours pour un contrat doctoral

Partenariat/contrat

À la rentrée 2020 le centre des Matériaux engagera 3 contrats doctoraux sur les sujets suivants :
Sujet 1 : Effet de la pré-déformation sur la précipitation dans des alliages à base d'aluminium : étude expérimentale et modélisation. Encadrement : Vladimir Esin, Charbel Moussa (CEMEF)
Sujets 2 et 3 : 2 sujets parmi les 5 sujets ci-dessous seront sélectionnés après concours sur audition des candidats :
- Analyse du couplage transformation de phase et endommagement en conditions anisothermes par la méthode des champs de phase: cas du cyclage thermique dans les revêtements de diffusion. Encadrement Kaïs Ammar, Vincent Maurel, Samuel Forest
- Effet du procédé sur la microstructure et les propriétés de l'acier inoxydable 316L élaboré par fabrication additive. Encadrement : Sylvain Dépinoy, Jérôme Crépin
- Vers une nouvelle génération de poudres pour la projection cold spray: enrobage de particules de polymères par des particules métalliques ou d'oxydes métalliques. Encadrement : Jean-François Hochepied, Francesco Delloro
- Effets polycristallins sur l'interaction entre déformation et endommagement : mesures 4D et calculs EF de micro/structures. Encadrement: Thilo Morgeneyer, Henry Proudhon
- Etude multi-échelles des mécanismes thermo-mécaniques du frottement. Encadrement : Vladislav Yastrebov, Cristian Ovalle

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