Pôle Mécanique Expérimentale – Matériaux
Le pôle MEM (Mécanique Expérimentale — Matériaux) explore le comportement mécanique des matériaux en combinant des essais expérimentaux et des modélisations multi-échelles. Grâce à l’utilisation de techniques avancées d’observation et de tests dédiés, il permet d’identifier les mécanismes de déformation, d’endommagement et de rupture sous diverses conditions de sollicitation.
De l’expérimentation aux modèles prédictifs
Le pôle MEM a pour objectif de concevoir des méthodologies expérimentales adaptées aux besoins scientifiques et industriels, en intégrant les données expérimentales dans des modèles prédictifs développés en collaboration avec les numériciens du pôle SIMS et d’autres laboratoires partenaires.
Le pôle couvre une large gamme de matériaux, allant des métaux aux polymères, en passant par les composites et les céramiques. Il travaille en interaction constante avec la modélisation théorique, permettant une approche intégrée entre l’expérimentation à différentes échelles et les modèles numériques avancés.
Thématiques de recherche
Le pôle MEM aborde les comportements mécaniques de plusieurs types de matériaux, en analysant spécifiquement :
- Métaux et alliages métalliques
- Polymères et composites à matrices polymères
- Céramiques et matériaux réfractaires
Le pôle MEM se distingue par son approche multi-échelles, intégrant à la fois les phénomènes observés à l’échelle microstructurale (comportement local) et ceux à l’échelle macroscopique (comportement global des structures).
Les recherches se concentrent sur l’identification des mécanismes de déformation, d’endommagement et de rupture, en utilisant des techniques d’observations microstructurales à différentes échelles, de la taille macroscopique à l’échelle du grain ou du filament dans les matériaux composites. Par exemple, dans le cas des composites, les études vont de l’échelle du sous-système (quelques dizaines de centimètres) à celle des mono-filaments de quelques micromètres de diamètre.
Les données microstructurales obtenues sont ensuite utilisées pour guider la conception des modèles, afin de comprendre la réponse mécanique du matériau et prédire son comportement sous diverses sollicitations.
Chaque classe de matériaux nécessite une étude systématique de la taille du volume d’intérêt expérimental et des données stochastiques afin de mieux comprendre la variabilité des propriétés du matériau.
Une collaboration étroite entre l’expérimentation et la modélisation est essentielle : elle se fait depuis la conception des essais jusqu’au calcul de structures, et permet de mieux répondre aux problématiques industrielles et scientifiques spécifiques.
Mécanique expérimentale : approche et techniques
Les recherches menées au pôle MEM se concentrent sur l’étude de la microstructure des matériaux sous sollicitation thermomécanique. L’objectif est de constituer une base de données précieuse qui permette de relier les observations à des comportements plus globaux du matériau.
Essais in situ et observation microstructurale
Le pôle MEM utilise des techniques avancées telles que la tomographie et la laminographie pour analyser les mécanismes de déformation des matériaux en volume. Ces techniques permettent d’observer, en temps réel, l’évolution de la microstructure sous sollicitation, ce qui offre des informations cruciales sur le comportement des matériaux à différentes échelles.
Deux types d’essais mécaniques
1. Essais simples et analytique
Ces essais sont conçus pour être utilisés dans un cadre industriel. Ils permettent d’optimiser la géométrie des éprouvettes et l’instrumentation afin de mettre en place des méthodologies expérimentales applicables aux partenaires industriels. L’objectif est de fournir des résultats facilement exploitables, permettant une amélioration continue des procédés industriels.
2. Essais complexes et instrumentation avancée
Pour des études plus approfondies, des essais mécaniques complexes sont réalisés avec des instrumentations poussées. Ces essais simulent des conditions de chargement réel, comme celles rencontrées dans des applications industrielles complexes. Un exemple typique est l’étude des cycles moteurs d’avion sur une aube de turbine, où l’on recrée des conditions de chargement sévère en environnement contrôlé (air, humidité, température). Certains essais peuvent être effectués dans des environnements extrêmes, comme la corrosion sous contrainte, en partenariat avec des laboratoires spécialisés équipés pour ce type d’étude.
Collaboration et synergies avec le Pôle Simulation des Matériaux et des Structures (SIMS)
L’interaction entre expérimentation et modélisation numérique est au cœur des travaux du pôle MEM. Les données expérimentales collectées lors des essais sont intégrées dans des modèles numériques développés par le pôle SIMS, permettant ainsi de prédire et d’optimiser le comportement des matériaux dans des conditions variées. Cette synergie permet de relier la compréhension des phénomènes à l’échelle locale de la microstructure et à l’échelle macroscopique des structures, apportant des solutions innovantes tant pour la recherche fondamentale que pour les applications industrielles.
