Détection in-situ par thermographie infrarouge de défauts de fabrication par Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF) en vue d'un contrôle procédé en boucle fermée : applications aux alliages TA6V et 15-5PH

Résumé de la thèse en français

Le procédé de fusion laser sélective sur lit de poudre (L-PBF) permet d'obtenir des pièces de géométries complexes par la fusion couche par couche d'un lit de poudre métallique dans une atmosphère contrôlée. Plusieurs sources sont à l'origine de défauts dans les pièces fabriquées. A l'échelle du bain, il est observé des défauts de stabilité hydrodynamique et des défauts liés à son refroidissement rapide. D'autres défauts dit de construction sont observés à l'échelle de la couche (2D) et de la pièce (3D). L'objectif de cette thèse est de réduire ces différents types de défauts et ainsi améliorer la fiabilité des pièces obtenues. L'expérience acquise par le Centre des Matériaux sur la formation et l'origine de certains défauts a mis en évidence depuis une dizaine d'années la nécessité de suivre à tout instant la thermique du bain liquide. Les travaux réalisés durant cette thèse se sont donc focalisés sur la mise en place d'un dispositif amélioré de mesure de grandeurs thermiques in-situ du bain afin de pouvoir détecter, identifier, quantifier, localiser et réparer les défauts de fabrication. Pour cela, le développement d'un dispositif basé sur l'association et la synchronisation de deux caméras (l'une coaxiale et l'autre hors axe) a été réalisé. Une procédure de calibration du dispositif en température vraie avec l'analyse et le traitement des images permettent d'obtenir des informations thermiques, dimensionnelles et spatiales sur la partie liquide du bain. Ces informations quantitatives permettent, contrairement aux dispositifs rencontrés dans la littérature, d'obtenir une carte d'identité spécifique pour chaque type de défauts détectés. Cette meilleure identification des défauts permettra par la suite la mise en place d'actions correctives pour le contrôle du procédé et la réduction de défauts.

Résumé de la thèse en anglais

Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF) is a process that produces parts with complex geometries by fusing a layer of metal powder in a controlled atmosphere. Several sources are at the origin of defects in the manufactured parts. At the bath scale, hydrodynamic stability defects and defects related to its rapid cooling are observed. Other so-called construction defects are observed at the layer (2D) and part (3D) scales. The objective of this thesis is to reduce these different types of defects and thus improve the reliability of the obtained parts. The experience acquired by the Materials Center on the formation and origin of certain defects has highlighted the need to monitor at any time the thermal of the liquid bath. The work carried out during this thesis focused on the implementation of an improved device for measuring thermal quantities in-situ of the bath in order to be able to detect, identify, quantify, locate and repair manufacturing defects. For that, the development of a device based on the association and the synchronization of two cameras (one coaxial and the other off-axis) has been realized. A calibration procedure of the device in true temperature with the analysis and the treatment of the images allow to obtain thermal, dimensional and spatial information on the liquid part of the bath. This quantitative information allows, contrary to the devices encountered in the literature, to obtain a specific identity card for each type of detected defects. This better identification of defects will allow the implementation of corrective actions for the control of the process and the reduction of defects.

Titre anglais : In-situ infrared thermographic detection of manufacturing defects by Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF) for closed-loop process control: applications to Ti-6Al-4V and 15-5PH alloys
Date de soutenance : jeudi 16 décembre 2021 à 8h30
Adresse de soutenance : Mines ParisTech – Université PSL 60 Bd Saint-Michel, 75272 Paris, France – L109
Directeur de thèse : Vincent GUIPONT
Co-encadrant : Christophe COLIN

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Modèles réduits par apprentissage automatique pour l'étude de la nocivité de défauts

Résumé de la thèse en français

La tenue mécanique des structures est directement liée à la présence de défauts. Ces derniers jouent le rôle de concentrateur de contrainte, ce qui réduit considérablement la charge limite que les composants peuvent supporter ou encore leur durée de vie en fatigue. Néanmoins, d'un point de vue économique, il n'est pas envisageable de rebuter toute pièce défectueuse. Des critères permettant de statuer sur leur criticité ont donc été mis en place. Cependant ces derniers sont très conservatifs, par conséquent certains composants fonctionnels se trouvent mis au rebut. Pour pallier cette difficulté, des méthodes d'évaluation plus précises fondées sur le calcul numérique, telles que la méthode des éléments finis, sont utlisées. Toutefois ces dernières sont coûteuses en temps et en puissance de calcul. L'essor des techniques de science des données permet de tirer profit des informations collectées afin d'accélérer les simulations numériques. Ce travail de thèse vise à développer des méthodes de réduction de modèle par apprentissage automatique pour l'analyse de la nocivité de défauts en mécanique des matériaux. Par ailleurs, les méthodes d'apprentissage automatique permettent d'éviter le paramétrage des objets à modéliser. C'est une propriété particulièrement intéressante pour l'analyse des défauts, qui sont ici représentés à l'aide d'images (2D ou 3D) et associés à un champ mécanique calculé par la méthode des éléments finis ou FFT. Dans ce travail, des défauts locaux dans des matériaux métalliques ductiles sont considérés. L'objectif est de constituer des modèles numériques débouchant sur une décision rapide quant à la nocivité d'un défaut local à l'aide d'outils basés sur l'apprentissage automatique. Les approches proposées dans ce mémoire s'appuient en particulier sur des techniques de classification automatique des formes, reposant sur des distances morphologiques et mécaniques, et sur la représentation géométrique et mécanique des formes dans l'espace latent d'autoencodeurs multimodaux. Des méthodes d'estimation d'erreur sont également abordées afin d'évaluer la véracité des résultats trouvés.

Résumé de la thèse en anglais

The mechanical behaviour of structures is directly related to the presence of defects or not. They act as stress concentrators which considerably reduce the limit load that the components can support or their fatigue lifetime. However, from an economic point of view, it is not feasible to reject every component containing a defect. Criteria have therefore been developed to assess their criticality. However, they are very conservative, as a consequence some functional components are rejected. To avoid this difficulty, more accurate evaluation methods based on numerical calculation, such as the finite element method, are used. However, these numerical techniques are costly in terms of computation time and power. The explosive growth of data science allows the use of previously collected data to speed up numerical simulations. The aim of this thesis is to develop methods for model order reduction by machine learning for the analysis of the harmfulness of defects in mechanics of materials. The simulation-driven machine learning approach is very attractive when models are available. Moreover, machine learning methods are appropriate to avoid the parametrization of the objects to be modelled. This is a particularly interesting property for defect analysis. In this work, defects are represented using images (2D or 3D) as well as their associated mechanical response, predicted by a Fourier-based or finite element method. In this thesis we will focus on local defects in ductile metallic materials. The objective of the thesis is to build numerical models that allow a quick decision on the harmfulness of a local defect using a machine learning-based tool. Our approaches involve, in particular, automatic classification of shapes using both morphological and mechanically relevant distances as well as the representation of geometrical and mechanical shapes on the latent spaces of multimodal autoencoders. Error estimation methods are also discussed in order to evaluate the veracity of the results found.

Titre anglais : Reduced models via machine learning to analyse the criticality of defects
Date de soutenance : vendredi 3 décembre 2021 à 9h00
Adresse de soutenance : Mines Paristech, 60 Bd Saint-Michel, 75272 Paris – L109
Directeur de thèse : David RYCKELYNCK
Codirecteur : François WILLOT

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Anisotropie de propagation de fissure de fatigue dans le superalliage INCONEL 718 élaboré par fabrication additive

Résumé de la thèse en français

La fabrication additive (FA), et notamment la fabrication par lit de poudre (Laser Beam Melting / LBM) est un procédé mature pour certains matériaux, dont certains superalliages base Ni faiblement chargés, matériaux cibles pour l'industrie aéronautique. Les caractérisations de propriétés mécaniques pour des pièces FA sont le plus souvent abordées sous l'angle seul des propriétés de traction, alors que pour de nombreuses applications, c'est la fatigue qui permettra de dimensionner une pièce. Il a ainsi été montré que ces matériaux présentent une anisotropie de comportement. L'objectif de cette thèse est d'analyser l'anisotropie de propagation de fissure de fatigue. Dans un premier temps, nous avons choisi deux conditions de fabrication qui nous ont permis d'obtenir deux microstructures distinctes. Des essais d'écrouissage nous ont permis d'identifier un comportement anisotrope pour ces deux configurations. Nous avons complété cette étude en analysant l'anisotropie de vitesses et chemins de propagation de fissure. Ces essais permettent en effet d'établir clairement le rôle des hétérogénéités de microstructure. Une simulation numérique de ces essais nous a permis de quantifier l'énergie nécessaire à l'avance de fissure dans un matériau fortement anisotrope.

Résumé de la thèse en anglais

Additive manufacturing (AM), and in particular Selective Laser Melting (SLM), is a mature process for certain materials, including certain low-loaded Ni-based superalloys, target materials for the aeronautical industry. The characterizations of mechanical properties for AM parts are most often used from tensile properties, while for many applications, it is fatigue which will allow a part to be dimensioned. It has thus been shown that these materials exhibit anisotropic behavior. The objective of this thesis is to analyse the anisotropy of fatigue crack propagation. First, we chose two manufacturing conditions which give us two distinct microstructures. Hardening tests have enabled us to identify anisotropic behavior for these two configurations. We completed this study by analysing the anisotropy of fatigue crack growth rate and crack paths. Fatigue crack growth tests make it possible to clearly establish the role of microstructure heterogeneities. Numerical simulation of these tests allow a quantification of needed crack growth energy in an highly anisotropic material.

 

Titre anglais : Fatigue crack propagation anisotropy in Inconel 718 superalloy produced by additive manufacturing
Date de soutenance : mardi 7 décembre 2021 à 14h00
Adresse de soutenance : 60 Boulevard Saint Michel, 75272 Paris – L224
Directeur de thèse : Vincent MAUREL
Co-encadrant : Djamel MISSOUM-BENZIANE
Co-encadrant : Alain KOSTER

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Comportement mécanique à haute température d'un composite alumine/alumine

Résumé de la thèse en français

L'utilisation de composites oxyde/oxyde est envisagée dans la réalisation de moteurs aéronautiques de nouvelle génération. Ces matériaux ont été étudiés à température ambiante et à des températures supérieures à 1100°C. Dans ce travail, le comportement mécanique du matériau élaboré à l'ONERA a été investigué de l'ambiante jusqu'à 1300 °C. Deux types de comportement très différents, qui se chevauchent à une température d'environ 800 °C, ont pu être distingués grâce à des essais de traction. A basse température, le comportement du matériau est de type élastique-endommageable. Au-delà, un comportement visqueux apparait progressivement, pouvant conduire à des déformations anélastiques de plusieurs pourcents. Par rapport aux résultats obtenus en traction à basse température, le comportement en flexion a révélé une dissymétrie entre traction et compression. Le comportement en compression demeure très proche de l'élasticité linéaire observée à basses contraintes en traction. Des essais de flexion réalisés in situ sous MEB ont mis en évidence l'apparition d'un endommagement en traction dès 150 MPa. Le comportement endommageable a été décrit par une loi inspirée de la famille des modèles ODM (ONERA Damage Models) développés à l'ONERA. Une adaptation de la loi s'est avérée nécessaire pour rendre compte de l'effet de la température. Les paramètres de la loi de comportement en traction ont été identifiés, un calcul par éléments finis des essais de flexion permettant de valider le modèle proposé. L'introduction de la loi d'endommagement dans la théorie des stratifiés (CLT), couramment employée pour l'étude d'empilements complexes de composites, a abouti sur une modélisation de la réponse du matériau en flexion. Ces résultats de simulation ont été discutés par une confrontation avec l'expérience. Une analyse statistique de la résistance à la rupture en flexion a été conduite à température ambiante et à 800 °C. Le module de Weibull, qui caractérise la dispersion, n'est pas paru significativement affecté par la température. Enfin, le fluage du matériau a été étudié en traction et en flexion 4 points. Une très forte prééminence du stade stationnaire a été observée. La vitesse de déformation constante associée a été décrite en traction par une loi de Norton couplée à un terme d'Arrhenius. En parallèle, une modélisation du comportement visqueux reposant sur le principe de la CLT a été proposée.

Résumé de la thèse en anglais

The use of oxide/oxide composites is envisaged in the design of new generation aeronautical engines. These materials were studied at room temperature or at high temperature (>1100°C). The mechanical behaviour of the material developed at ONERA was studied in this case from room temperature to 1300°C. The characterisation carried out in traction allowed us to distinguish two very different types of behaviour which overlap at a temperature of about 800 °C. At low temperatures, the material's behaviour is elastic and damaging. Above this temperature, a viscous behaviour progressively appears, leading to anelastic deformations of several percent. Compared to the results obtained in tension at low temperatures, the behaviour in bending revealed a dissymmetry between tension and compression: unlike tension, compression does not cause damage, the behaviour remaining very close to the elastic domain observed in tension. Bending tests carried out in a SEM have made it possible to highlight this dissymmetry by revealing damage in tension starting at 150 MPa. The damageable behaviour was described by a law inspired by the family of ODM models developed at ONERA. An adaptation of the law was necessary to account for the effect of temperature. The parameters of the behaviour law in tension were identified. A finite element calculation of the bending tests validated the proposed model. The introduction of the damage constitutive equation in the classical laminate theory (CLT), commonly used for the study of complex composite laminates, led to a modelling of the material response in bending. These simulations were validated by comparison with experimental results. A statistical analysis of the bending strength was conducted at room temperature and at 800°C. The Weibull modulus, which characterises the dispersion, is not affected by temperature. Finally, the creep of the material was studied in tension and 4-point bending. A very strong predominance of stationary creep was observed. The creep kinetics in tension was identified by a Norton law coupled with an Arrhenius term. In parallel, a model based on the CLT was proposed for the modelling of viscous behaviour.

Titre anglais : High temperature mechanical behaviour of an alumina/alumina composite
Date de soutenance : vendredi 10 décembre 2021 à 14h00
Adresse de soutenance : 60 Bd Saint-Michel, 75272 Paris – L109
Directeur de thèse : Michel BOUSSUGE
Co-encadrant : Aurélie JANKOWIAK

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À l’occasion de la conférence Ressources Humaines du 16 novembre 2021, l’Université PSL a voté un important plan de formation à la prévention des violences sexistes et sexuelles, des harcèlements et des discriminations à destination des personnels et de la communauté étudiante.
Ce plan de formation vient renforcer le dispositif d’écoute et de veille déjà mis en place à Mines Paris et au sein de l’Université PSL.

Les violences sexistes et sexuelles, le harcèlement, les discriminations et le bizutage ne peuvent être tolérés.

Lancement d’un important plan de formation

Porté par l’École interne de PSL, il s'agit de formations ouvertes à toutes et tous sur les questions sexistes et sexuelles, les harcèlements et les discriminations.

Différents modules seront proposés, qui évolueront au fil des demandes et des besoins exprimés :

• Modules à destination des personnels encadrants ou accompagnants (aussi bien administratifs qu’académiques) relatifs aux risques spécifiques propres aux violences sexuelles et sexistes, aux harcèlements, aux discriminations, ainsi qu’aux risques psycho-sociaux (RPS),
• Modules spécifiques pour les étudiantes et les étudiants responsables d’associations,
• Modules spécifiques pour les personnels académiques encadrant des étudiantes et des étudiants,
• Formations spécifiques pour les personnels à n+3.

Ce plan prévoit une formation obligatoire de sensibilisation à la lutte contre les violences et discriminations sexuelles et sexistes pour tous les néo-arrivantes et arrivants, dès la rentrée universitaire 2022.

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Ce volet s’inscrit dans un plan d’actions plus vaste relatif à l’égalité professionnelle entre les femmes et les hommes.

Des cellules d'écoute et de veille

Notre université PSL dispose d’une cellule d’écoute et de veille composée de référentes et référents égalité des établissements de PSL, de sa vice-présidente vie étudiante et responsabilité sociale, Florence Benoit-Moreau, et d’autres membres des communautés enseignante, étudiante, scientifique et administrative. Cette cellule a pour mission de faciliter le signalement des situations de violences sexistes et sexuelles, de harcèlement, de bizutage et de discrimination.

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La cellule d'écoute de Mines Paris La cellule d’écoute de Mines Paris vient en aide à toute étudiante et/ou étudiant qui se sent victime de discrimination sexiste ou sexuelle, de violence et/ou menace sexiste et sexuelle, physique, verbale, écrite ou digitale, répétée ou non. Par ailleurs, l'École a mis en place différents dispositifs d’aide et de soutien, tels que des permanences médico-professionnelle et psychologique. Une personne référente pour l'égalité femmes-hommes a été nommée au sein de la Direction des études,qui travaille en collaboration avec l'association étudiante "Mines Parité". Des conseils juridiques peuvent en outre être dispensés. > En savoir +

 

Transformations de phases et comportement mécanique à haute température d'un alliage de zirconium (M5) : effets de l'historique de température

Résumé de la thèse en français

Au cours d'un Accident par Perte de Réfrigérant Primaire (APRP), scénario hypothétique d'accident étudié dans le cadre de la démonstration de sûreté des réacteurs à eau pressurisée, la gaine de combustible nucléaire en alliage de zirconium peut subir un transitoire thermique complexe à haute température jumelé à une pression interne. Cette combinaison de sollicitations peut induire le ballonnement par fluage et l'éclatement de la gaine. De nombreuses études ont permis de mettre en évidence le comportement de la gaine lors d'un cycle thermique simple couplé à un chargement mécanique. Cette thèse a abordé les effets d'historique de température lors d'incursions dynamiques à haute température typiques de conditions APRP, sur les transformations de phases et les propriétés mécaniques de gaines en alliage M5Framatome (Zr-1%Nb). Jusqu'à présent les transformations de phases des matériaux de gainage ont été essentiellement étudiées par des techniques « indirectes » par dilatométrie, résistivité et/ou calorimétrie. Ce travail de thèse vise aussi à mieux les quantifier en développant des études systématiques par Diffraction des Rayons X in-situ au Synchrotron (DRXS), puis à affiner les méthodes conventionnelles en conséquence. Pour l'étude des cinétiques de transformations de phases aZr <-> bZr, des cycles simulant les premiers pics de température ont été réalisés. Ils comportent un premier chauffage jusqu'à une température comprise entre 870°C (milieu du domaine biphasé aZr + bZr) et 1050°C (domaine monophasé βZr), un refroidissement jusqu'au domaine aZr et un second chauffage jusqu'au domaine bZr. Les mesures DRXS montrent que les cinétiques de transformation au refroidissement et au second chauffage sont affectées par la température maximale atteinte au premier chauffage avec un effet de seuil qui correspond à la fin de la transformation aZr -> bZr. Au refroidissement à 10°C.s-1 depuis le domaine bZr , un écart de 80°C par rapport à l'équilibre est observé pour le démarrage de la transformation, alors que celui-ci est négligeable lors d'un refroidissement depuis le domaine biphasé. La cinétique de retransformation au second chauffage après un passage dans le domaine bZr débute environ 20°C plus tôt que pour un premier chauffage. Par ailleurs, le couplage DRXS-dilatométrie a mis en évidence un décalage important (40°C) au premier chauffage entre les deux techniques. Les causes de cet écart ont été identifiées. La principale semble être une déformation viscoplastique marquée, même à faible contrainte (< 0,3 MPa), de la microstructure βZr équiaxe qui affecte la courbe de dilatométrie en fin de transformation. De plus, la DRXS a permis de suivre et quantifier les phénomènes de dissolution/rétention des phases secondaires minoritaires d'équilibre (bNb) et métastable (bZr *(Nb)). La prise en compte de ces nouveaux résultats dans le dépouillement des données de dilatométrie a renforcé l'accord déjà très bon entre la DRXS et la dilatométrie pour les cinétiques au refroidissement et au second chauffage. L'affinement du dépouillement pour les méthodes indirectes a finalement permis la détermination des cinétiques de transformation de phases avec une précision similaire à la DRXS. L'ensemble de la base expérimentale disponible a alors été utilisé pour identifier un nouveau modèle cinétique de transformation de phases prenant en compte les effets d'historique de température. Enfin des essais de fluage isothermes et anisothermes ont été réalisés pour le même schéma de cycles thermiques. Ils ont montré que le seuil de comportement observé sur les transformations de phases est retrouvé sur le comportement en fluage. Cet effet d'historique de température, après un passage dans le domaine 100% bZr, se caractérise par un renfort de la gaine dont la vitesse de fluage diminue d'un facteur supérieur à 10. Un modèle de fluage, basé sur une loi d'écoulement de type Norton, a été établi pour représenter ce comportement entre 750 et 850°C.

Résumé de la thèse en anglais

During a Loss of Coolant Accident (LOCA), a hypothetical accident scenario studied as part of the safety demonstration of pressurised water reactors, the zirconium alloy nuclear fuel cladding can undergo a complex high-temperature thermal transient combined with internal pressure. This combination of stresses can lead to ballooning by creep and bursting of the cladding. Numerous studies have demonstrated the behaviour of the cladding during a simple thermal cycle coupled with mechanical loading. This thesis investigated the effects of temperature history during dynamic high-temperature incursions typical of LOCA conditions, on the phase transformations and mechanical properties of M5Framatome (Zr-1%Nb) alloy cladding. Until now, phase transformations of cladding materials have been mainly studied by "indirect" techniques using dilatometry, resistivity and/or calorimetry. This work also aimed to better quantify them by developing systematic studies using in-situ Synchrotron X-ray Diffraction (SXRD), and then to refine conventional methods accordingly. For the study of the kinetics of aZr <-> bZr phase transformations, cycles simulating the first temperature peaks were carried out. They included a first heating to a temperature between 870°C (middle of the two-phase aZr + bZr domain) and 1050°C (single-phase bZr domain), a cooling to the aZr domain and a second heating to the bZr domain. The DRXS measurements show that the transformation kinetics on cooling and on the second heating are affected by the maximum temperature reached on the first heating with a threshold effect that corresponds to the end of the aZr -> bZr transformation. When cooling at 10°C.s-1 from the bZr domain, a deviation of 80°C from equilibrium is observed for the start of the transformation, whereas this is negligible when cooling from the two-phase domain. The retransformation kinetics at the second heating after a passage in the bZr domain starts about 20°C earlier than for a first heating. Furthermore, the coupling of DRXS and dilatometry revealed a significant discrepancy (40°C) at the first heating between the two techniques. The causes of this discrepancy were identified. The main one seems to be a marked viscoplastic deformation, even at low stress (< 0.3 MPa), of the small grains, equiaxed bZr microstructure which affects the dilatometry curve at the end of the transformation. Moreover, the DRXS allowed to follow and quantify the dissolution/retention phenomena of the equilibrium (bNb) and metastable (bZr*(Nb)) minority secondary phases. The inclusion of these new results in the dilatometry data processing method has strengthened the already very good agreement between DRXS and dilatometry for the cooling and second heating kinetics. The refinement of the evaluation for the indirect methods finally allowed the determination of the phase transformation kinetics with a similar accuracy to DRXS. The entire available experimental database was then used to identify a new phase transformation kinetic model taking into account temperature history effects. Finally, isothermal and anisothermal creep tests were performed for the same thermal cycling scheme. They showed that the threshold behaviour observed for the phase transformations is found in the creep behaviour. This temperature history effect, after a passage in the 100% bZr domain, is characterised by a reinforcement of the cladding whose deformation rate decreases by a factor greater than 10. A creep model, based on a Norton-type flow law, was developed to represent this behaviour between 750 and 850°C.

Titre anglais : Phase transformations and mechanical behaviour at high temperature of a zirconium alloy (M5): effect of the temperature history
Date de soutenance : lundi 29 novembre 2021 à 14h00
Adresse de soutenance : 60 Bd Saint-Michel, 75272 Paris – L109
Directeur de thèse : Anne-Françoise GOURGUES
Co-encadrant : Marie DUMERVAL

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Estimation du comportement élastique transverse de composites unidirectionnels, application à l'étude du rôle des fluctuations morphologiques locales

Résumé de la thèse en français

Pour combiner performance, faible masse et durabilité, les composites renforcés de fibres UD sont parfois une alternative efficace aux solutions métalliques traditionnelles. Cependant, tester l'efficacité de ces matériaux composites au sein d'un processus industriel peut être long et coûteux. L'estimation des propriétés effectives longitudinales, c'est-à-dire dans le sens des fibres, est assez simple en connaissant les propriétés des constituants et leur fraction volumique respective. Ce n'est pas aussi simple pour les propriétés effectives transverses (modules effectifs transversaux de cisaillement et de compressibilité dans cette étude). Expérimentalement, il est assez difficile d'obtenir ces modules. Numériquement, les propriétés transverses sont fortement influencées par la disposition des fibres. Une modélisation micro-mécanique "réaliste" est ainsi nécessaire pour comprendre l'influence de l'agencement des fibres sur les propriétés mécaniques. Dans ce contexte, les approches de modélisation micro-mécanique numérique et analytique couplées sont un moyen efficace d'aller de l'avant. Dans ce travail, le comportement élastique transverse de matériaux composites isotropes transverses est étudié. A titre d'exemple, le cas d'un composite unidirectionnel présentant des régions de matrice "piégées" par les fibres est étudié. À cette fin, un schéma auto-cohérent généralisé "n-phases" couplé à une approche par motifs morphologiquement représentatifs a été développé. Des solutions analytiques, dépendant de deux paramètres morphologiques sont présentées pour prédire les modules transversaux de cisaillement et de compressibilité. De plus, le modèle proposé, écrit dans un formalisme transversalement isotrope, est valable pour une large gamme de fractions volumiques de fibres et notamment pour les fractions volumiques les plus élevées que l'on puisse trouver dans les composites à hautes performances. Un modèle microstructural exploitant les éléments finis est utilisé pour gérer les morphologies complexes, en se rapprochant le plus possible des microstructures réelles. Ces simulations numériques permettent de faciliter la mise en oeuvre du modèle analytique pour offrir une meilleure description des interactions entre les constituants et calibrer les deux paramètres morphologiques. Ce nouveau modèle analytique est comparé aux modèles couramment utilisés par la communauté "composite" pour prédire les propriétés transverses.

Résumé de la thèse en anglais

In order to combine performance, low weight and durability, unidirectional fiber reinforced composites are sometimes an efficient alternative to traditional metallic solutions. However, testing the efficiency of these composite materials in an industrial process can be time consuming and expensive. Estimating longitudinal effective properties, i.e. in the fiber direction, is quite simple by knowing the properties of the constituents and their volume respective volume fraction. This is not as simple for the transverse effective properties (transverse effective shear and bulk moduli in this study). Experimentally, it is quite difficult to obtain these moduli. Numerically, transverse properties are strongly influenced by the fibre arrangement. "Realistic" micromechanical modelling is though needed to understand the influence of the fiber packing on the mechanical properties. In this context, coupled numerical and analytical micromechanical modelling approaches are an efficient way to move forward. In this work, the transverse elastic behaviour of transversely isotropic multi-phased materials is studied. As an application example, the case of UD with "trapped" matrix regions is investigated. For this purpose, a "n-phase" Generalized Self-Consistent Scheme coupled with a Morphologically Representative Pattern approach have been developed. Analytical solutions, depending on two morphological parameters are provided to predict the transverse shear modulus and the transverse bulk modulus. Moreover, the proposed model, written in a transversely isotropic formalism, is valid for a wide range of inclusion volume fractions and specifically for the highest volume fractions we can find in high performance composites. A microstructural Finite Element Model is used to handle the complex morphologies, approaching as closely as possible real microstructures. Those numerical simulations help supplying the analytical implementation for a better description of interactions between the constituents and calibrate the two morphological parameters. This new model is compared with the models commonly used by the composite community to predict transverse properties.

Titre anglais : Prediction of the elastic transverse behaviour of unidirectional composites, application to the study of the role of local morphological fluctuations
Date de soutenance : vendredi 19 novembre 2021 à 14h00
Adresse de soutenance : Ecole des Mines de Paris 60 Boulevard Saint Michel 75272 Paris – V106A
Directeur de thèse : Eveline HERVE-LUANCO
Co-encadrant : Sebastien JOANNES

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pprentissage statistique pour la réduction de modèle non-linéaire

Résumé de la thèse en français

Les aubes de turbine haute pression font partie des pièces les plus critiques d'un turboréacteur. Situées juste après la chambre de combustion, elles sont soumises à un chargement thermomécanique extrême. La certification de leur tenue en fatigue requiert un calcul viscoplastique cyclique jusqu'à stabilisation de la réponse mécanique du matériau. Étant donnés le nombre de degrés de liberté du maillage de l'aube et la complexité de sa loi de comportement, ce calcul par éléments finis peut durer plusieurs semaines, voire plusieurs mois. Cependant, le chargement thermique subi par l'aube n'est pas connu avec précision, ce qui se traduit par d'importantes incertitudes sur sa durée de vie. L'objectif de la thèse est donc d'effectuer une quantification d'incertitudes sur la durée de vie en fatigue de l'aube de turbine, en prenant en compte la variabilité du champ de température qui lui est appliqué. Ce travail nécessitant de nombreux calculs de durée de vie, il est primordial de réduire le temps des simulations viscoplastiques cycliques. Pour cela, nous développons une méthodologie appelée "ROM-net" basée sur la réduction d'ordre de modèle et l'apprentissage automatique. La base de données est partitionnée à l'aide d'un algorithme de clustering prenant en compte la physique du problème étudié, ce qui permet de construire un dictionnaire de modèles réduits locaux spécifiques à chaque cluster. Un algorithme de classification est utilisé pour sélectionner rapidement le meilleur modèle réduit possible pour un chargement thermique donné. Des algorithmes de sélection de variables et d'augmentation de données sont développés pour faire face aux difficultés propres aux problèmes de classification pour la simulation numérique.

Résumé de la thèse en anglais

High-pressure turbine blades are the most critical parts of aircraft engines. Located downstream of the combustion chamber, they are subjected to extreme thermomechanical loadings. Their fatigue lifetime assessment requires cyclic viscoplastic numerical simulations. Such simulations can last several weeks or even months because of the size of the finite-element mesh and the complexity of the constitutive equations. However, the thermal loading is not accurately known, which induces large uncertainties on the fatigue lifetime predicted by numerical simulations. Therefore, our objective is to quantify fatigue lifetime uncertainties due to uncertainties on the thermal loading. Given the very large number of simulations required by uncertainty quantification, the computation time must be reduced. To this end, we develop a methodology called "ROM-net" relying on model order reduction and machine learning. The database is partitioned into several clusters thanks to a physics-informed clustering procedure, enabling the construction of a dictionary of local cluster-specific reduced-order models. A classification algorithm is then used for the fast selection of the most appropriate reduced-order model for a given thermal loading. New feature selection and data augmentation algorithms are also developed in order to tackle the difficulties inherent to classification problems for numerical simulations.

Titre anglais : Machine learning for nonlinear model order reduction
Date de soutenance : vendredi 24 septembre 2021 à 14h30
Adresse de soutenance : MINES ParisTech 60, boulevard Saint-Michel 75272 Paris cedex 06 – L109
Directeur de thèse : David RYCKELYNCK

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Nouvelle formation proposée aux enseignants-chercheurs, dans le cadre de L’École interne PSL

L’École interne PSL propose une formation «Négociation partenariale», dédiée aux enseignants-chercheurs.

Cette formation, sur 3 jours (2, 3 et 10 mars) a pour objectif d’aider à exprimer, soutenir et démontrer sa proposition de valeur scientifique lors de l'initiation d'une nouvelle relation partenariale.  Elle est basée sur 3 modules :

• Les préalables à la négociation : Comprendre son partenaire potentiel
• Les techniques de négociation : Développer ses compétences en négociation partenariale
• La gestion de la négociation : Entraînement à la négociation partenariale

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Lieu : MINES ParisTech – 60 bd St Michel -Paris

Contacts : Isabelle Blanc, Sarah Lauzon
 

MINES ParisTech, établissement-composante de l'Université PSL (Paris Sciences et Lettres), décline ses faits marquants 2020 et ses perspectives 2021 selon quatre grandes thématiques, selon les objectifs fixés par son plan stratégique  :

• Promouvoir l'excellence scientifique
• Accompagner l'ingénieur et le chercheur du futur
• Rayonner au-delà de notre sphère
• Se déployer pour relever les défis de demain

Pour le directeur général, Vincent Laflèche, « L'École s'inscrit dans une dynamique tout à fait passsionnante ; elle le doit à l'enthousiasme et l'excellence de ses étudiants et à la passion de l'ensemble de ses personnels et de ses enseignants-chercheurs. »

Jacques Aschenbroich, PDG de Valeo, président du CA de MINES ParisTech, co-signataire de l'éditorial, souligne quant à lui, que : « Pour la première fois, les classement internationaux, dont celui dit "de Shanghai", nous classent dans les 50 meilleures universités mondiales. »

Le RA 2020 est à feuilleter ici.

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