Étude du ballonnement des gaines combustibles en Zircaloy-4 en situation d'Accident de Perte de Réfrigérant Primaire

Résumé de la thèse en français

En centrale, le combustible nucléaire est contenu dans des tubes de gainage en Zircaloy-4 issus d'un procédé de formage à froid suivi d'un traitement de détensionnement. Lors d'un Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP), les gaines subissent une chargement thermomécanique sévère sous l'effet conjugué de l'augmentation de la température et de la pression interne. En résulte un phénomène instable qui conduit au ballonnement et à la rupture du fait des grandes déformations. L'APRP est un transitoire complexe au cours duquel les gaines sont simultanément soumises à des rampes de température allant jusqu'à 100°C/s et des surpressions pouvant atteindre 100bar. De plus, le champ de température n'est pas homogène sur la surface de la gaine. L'objectif de ce travail est de gagner en compréhension sur le phénomène en menant une campagne d'essais ciblée et de développer des simulations capables de les reproduire, et éventuellement de prédire la rupture pour des conditions données représentatives d'un chargement représentatif d'un APRP. Un dispositif d'essai semi-intégral a été utilisé afin de réaliser des transitoires réalistes. Des essais à température constante ont été conduits pour trois températures (650°C, 700°C,750°C) et huit valeurs de surpression (30bar, 40bar, 50bar, 60bar, 70bar, 80bar, 90bar, 100bar) afin de mieux comprendre le phénomène de ballonnement en le découplant de la dynamique thermique. Des essais en rampes ont aussi été réalisés pour trois vitesses (1°C/s, 5°C/s et 10°C/s) et une gamme de pression similaire au fluage. Les gradients de température jouant un rôle d'ordre un dans le développement du ballon, une attention particulière a été portée à sa caractérisation. Celle-ci a été faite tant en plateau qu'en rampe de température en utilisant une gaine instrumentée de thermocouples soudés ainsi qu'une caméra thermique. De plus, un système de mesure de la déformation a été mis en place afin de suivre l'évolution de la déformation à l'aide de caméras haute résolution. La seconde partie de ce travail a été dédiée à la simulation numérique du ballonnement. Une loi constitutive a été identifiée sur notre campagne d'essais et prend en compte l'effet de la viscoplasticité et de la température. Une méthode de calcul semi-analytique basée sur un modèle simplifié de coque a été mise en place et permet de prendre en compte la géométrie du ballon. Son intérêt porte sur la compréhension de l'influence des paramètres du modèle sur la phénoménologie et sur le temps de calcul, infiniment plus faible qu'une modélisation par éléments finis. La faisabilité de l'utilisation de ce modèle a été démontrée pour des conditions représentatives d'un APRP. Pour finir des modélisations par éléments finis ont été réalisées en utilisant Code Aster®. Le gradient mesuré expérimentalement a été imposé au maillage grâce à l'écriture d'une fonction d'interpolation déduite du champ mesuré. En suivant cette stratégie, un bon accord est atteint entre l'expérience et la simulation et permet d'apporter une meilleure compréhension des modèles aux éléments finis.

Résumé de la thèse en anglais

In a nuclear power plant, the nuclear fuel is contained within fuel clads made of cold-work stress relieved Zircaloy-4 alloy. During a LOCA (Loss Of Coolant Accident), claddings are subjected to severe thermo-mechanical loading, as a consequence of temperature and overpressure rise. As a consequence, the clads undergo major and unstable deformation leading to ballooning until rupture. LOCA is a complex transient in which the clads are simultaneously subjected to a temperature ramp up to 100°C/s and an overpressure up to 100bar. Furthermore, the temperature is not homogeneous over the clad surface. The aim of this work is a better comprehension of this phenomenon by carrying out a specific experimental campaign and the development of modelling, capable of reproduce the tests and improving the prediction of the ballooning and rupture for LOCA-representative conditions. A semi-integral LOCA test device was used to realize realistic transients. Constant-temperature creep tests were performed under three different temperatures (650°C, 700°C, 750°C) and height overpressures (30bar, 40bar, 50bar, 60bar, 70bar, 80bar, 90bar, 100bar) in order to better understand the ballooning phenomenon under non-dynamic conditions. Ramp-tests were also performed for three different ramp rates (1°C/s, 5°C/s et 10°C/s) for similar overpressures than constant-temperature creep tests. Thermal field being a first order parameter, efforts have been made to characterize it. This characterization was made for constant-temperatures and for different ramp-rates by means of an equipped clad with welded thermocouples and an infrared thermographic camera. Furthermore, high-resolution camera was used throughout the experiment to measure the strain during the experiments. The experiments showed a remarkable reproducibility of the results compared to the majority of similar tests conducted so far. The second part of this work is dedicated to the numerical modelling of ballooning. A temperature-dependent visco-plastic behavior law was identified from our experiments. A semi-analytical method based on a simplified shell analysis has been developed, allowing the ballooned geometry to be taken into account. The main advantages are a better comprehension of the influence of the model parameters upon the ballooning phenomenology and the computation time, infinitely lower than a finite elements simulation. The applicability has been proved for LOCA-representative conditions. The last part of the work is dedicated to the simulation of the tests using Code Aster®. A function has been found to describe the temperature field of our device and 3D computations were conducted that enabled to model the ballooning deformation with gradients values that did not allowed it until then.

 

Titre anglais : Ballooning deformation of Zircaloy-4 fuel clads under Loss-Of-Coolant accident conditions
Date de soutenance : jeudi 15 juillet 2021 à 9h00
Adresse de soutenance : Visioconférence intégrale –
Directeur de thèse : Matthieu MAZIERE
Codirecteur : Jacques BESSON
Co-encadrant : Edouard Pouillier

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Etude de l'essai d'adhérence par choc laser (LASAT) sur dépôts plasma d'hydroxyapatite : influence des effets de bord sur les contraintes et la fissuration à l'interface

Résumé de la thèse en français

Du fait de ses caractéristiques originales (méthode sans contact et locale, répétabilité et reproductibilité avérées des tirs lasers sur dépôts projetés), LASAT (LAser Shock Adhesion Test) représente une alternative prometteuse pour soutenir les fabricants de prothèses biomédicales dans leurs développements procédés/produits puis la mise sur le marché. Une méthode LASAT doit être développée sur des dépôts biocompatibles pour répondre au mieux à la problématique liée à la mise en œuvre d'un essai d'adhérence rapide et robuste dont on envisage à terme la normalisation. L'étude approfondie des dépôts biocompatibles soumis à la décohésion au choc laser doit permettre l'optimisation de protocoles d'essais et la caractérisation des phénomènes impactant la tenue mécanique des interfaces (effets bidimensionnels) en relation avec la fissuration identifiée par des contrôles non destructifs. L'étude de la faisabilité de la technique sur différents biomatériaux industriels, le choix d'un protocole d'essai complet et transférable seront étayés par la réalisation d'évaluations croisées par diverses méthodes de mesure (plots collés et essais de micro/nano-indentation) ou de calculs de la tenue mécanique interfaciale. L'étude de la robustesse (répétabilité et reproductibilité) et de la fiabilité du LASAT seront les indicateurs principaux de cette étude qui permettraient d'aboutir à l'implantation d'un nouveau démonstrateur.

Résumé de la thèse en anglais

The LASAT (Laser Shock Adhesion Test) represents a promising alternative to support manufacturers of biomedical prostheses in their process / product developments, entering market. A LASAT method must be developed on biocompatible deposits in order to best respond to the problems associated with the implementation of a fast and robust adhesion test that is expected to be standardized in a near future. The thorough study of biocompatible deposits submitted to laser shock debonding must allow the optimization of a LASAT protocols and the characterization of phenomena impacting the mechanical strength of interfaces (two-dimensional effects) in relation to the debonding analyzed with non-destructive techniques. The study of the feasibility of the technique on various industrial biomaterials, the choice of a complete and transferable test protocol will be supported by the carrying out of cross-evaluations by various methods of measurement (pull-out and scratch tests) or calculations of interfacial mechanical strength. The study of the robustness (repeatability and reproducibility) and the reliability of LASAT will be the main indicators of this study which would lead to the definition of a new demonstrator.

 

Titre anglais : Study of the LAser Shock Adhesion Test (LASAT) applied to plasma sprayed hydroxyapatite coatings: contribution of edge effects on interfacial stress and damaging
Date de soutenance : vendredi 7 mai 2021 à 10h00
Adresse de soutenance : 60 bld Saint-Michel à Paris – L109 (en visioconférence partielle)
Directeur de thèse : Vincent GUIPONT

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L'appel à candidature est lancé

Destiné à encourager la recherche scientifique dans le domaine de la mécanique des solides ou de la mécanique et rhéologie des matériaux, ce prix en l'honneur de Jean Mandel, est décerné tous les deux ans par le Laboratoire de mécanique des solides École polytechnique et le Centre des matériaux MINES ParisTech.

Le prix Jean Mandel est attribué à un(e) jeune chercheur(se) ou une équipe de jeunes chercheurs, auteurs d'un travail original, de caractère théorique ou expérimental, dans ce domaine, du niveau de l’Habilitation à diriger des recherches, ou bien d'une application originale de résultats connus à l'Art de l'ingénieur.

Admis à concourir : tout(e) chercheur(se) qui travaille en France, “jeune”, i.e. de moins de 40 ans révolus au 1^er janvier 2021, ou toute équipe de “jeunes” chercheurs.

La nationalité française est exigée pour un travail accompli dans un laboratoire étranger (le candidat doit alors également rentrer en France).
 

> Candidatures à adresser, avant le 31 mai 2021, à Samuel Forest, professeur à MINES ParisTech, secrétaire du jury.

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Etude de la relation entre porosité et étanchéité à l'ultra-vide de dépôts à base d'aluminium obtenus par projection dynamique par gaz froid ("cold spray")

 

Résumé de la thèse en français

La projection dynamique par gaz froid (« cold spray ») est un procédé de projection thermique dont l'un des atouts majeurs est de pouvoir conduire à des dépôts très denses. C'est cet atout qui sera prioritairement exploité dans cette étude pour la réalisation d'un revêtement métallique dont l'application lui requiert de présenter une haute étanchéité au gaz, dans des conditions de vide poussé. Le travail proposé porte sur la réalisation de ce type de revêtement dont il faudra étudier la porosité susceptible de se former à la projection. L'un des objectifs est de déterminer la taille critique de pore au-delà de laquelle le niveau d'étanchéité exigé n'est plus respecté ainsi que tous les autres critères de porosité susceptibles d'intervenir (répartition, géométrie, etc.). Plus fondamentalement, il s'agira d'associer , y compris à l'aide de la simulation numérique, ces caractéristiques aux mécanismes de formation des pores en fonction des conditions de projection. L'influence du substrat (métal ou polymère) sur la porosité, via les modifications dans le processus de construction du dépôt sera examinée. Son adhérence, au substrat sera aussi déterminée, sachant que la propriété première sur laquelle il convient de se pencher est l'étanchéité au gaz. Des mesures seront effectuées sur éprouvettes adaptées.

Résumé de la thèse en anglais

Cold Spray is a thermal spray process, a key advantage of which is its capability to achieve highly-dense coatings. The practical objective of the study is to fully exploit this asset to obtain a metallic coating which exhibit gas-tightness in ultra-high vacuum conditions as requested for the targeted application. The thesis work consists in studying cold spray conditions to result in suitable properties. The study will focus on porosity formation mechanisms when spraying. A major objective is to determine a critical size for porosity above which gas-tightness no more meets the required specifications for the application. For this, relevant characteristics of pores (size, distribution, shape, …) will be assessed. More basically, the work aims to correlate, including using numerical simulation, these characteristics with the previously-mentioned formation mechanisms as a function of spraying conditions. The influence of the substrate (a metal or a polymer) on porosity will be studied in particular, through the study of modifications in the coating build-up. Coating-substrate bond strength will be determined, based on the study of adhesion mechanisms since an influence of these on gas-tightness can be expected.

Titre anglais : Study of the relationship between porosity and ultra-high vacuum gas-tightess of aluminum based coatings obtained by cold gas dynamic spraying (cold spray)
Date de soutenance : mardi 16 mars 2021 à 14h00
Adresse de soutenance : 60 Boulevard Saint-Michel 75272 PARIS Cedex – L107 – Visioconférence partielle
Directeur de thèse : Alain THOREL
Codirecteur : Michel JEANDIN
Co-encadrant : Francesco DELLORO

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Pour la première fois, MINES ParisTech célèbre la Journée internationale des femmes et des filles de science, promulguée par l'Assemblée générale des Nations Unies. Voici une galerie de portraits de femmes scientifiques ayant fait l'actualité récente de notre école. Témoignage de l'excellence de la recherche au féminin.

 

Chercheuses confirmées, doctorantes ou élèves ingénieures, elles font la fierté de notre école. Florilège

 

Tatiana Budtova, directrice de recherche au Cemef MINES ParisTech, médaille d'argent du CNRS 2020.	Véronique Stoven, professeure au CBIO MINES ParisTech, lauréate de la Fondation maladies rares.
Nadia Maïzi, directrice du CMA MINES ParisTech, auteure principale du 6e rapport du Giec.	Coraline Chartier, doctorante au Cemef MINES ParisTech, prix du meilleur poster à la Conférence Epnoe 2021.
Clarisse et Domitille, deux élèves ingénieures engagées pour la transition énergétique. Portrait.	Jeanne Redaud, élève ingénieure, co-autrice des Oraux corrigés et commentés Physique-Chimie. Concours PSI – PSI*
Prix du livre RH 2019. Succès pour Blanche Segrestin, directrice du CGS MINES ParisTech, co-autrice de La mission de l'entreprise responsable.	Lola Péladan, élève ingénieure, prix coup de cœur du jury du concours Women Energy in Transition.
Mélina Nicolas, titulaire du master Énergie PSL, lauréate des trophées Performance Veolia 2019.	Hafssa Tounsi, prix « Pierre Londe » 2020 de la meilleure thèse en mécanique des roches, effectuée au Centre de géosciences.
Mineral Talks LIVE : en replay, découvrez le Musée de minéralogie, présenté à un public international par Éloïse Gaillou, conservatrice.	Intelligence Artificielle et Santé, une nouvelle chaire portée par Chloé-Agathe Azencott, enseignante-chercheuse au CBIO MINES ParisTech.
Manon Isard et Qi Huang, doctorantes en sciences des matériaux se distinguent à l'international.	Emilie Forestier, doctorante au Cemef MINES ParisTech, 2e prix Pierre Laffitte 2019.
Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon, professeure au Centre des matériaux MINES ParisTech, Médaille Bastien & Guillet de la SF2M.	Rachelle Belinga, doctorante au CGS MINES ParisTech, & Blanche Segrestin ont reçu le SIG Best Paper 2019 de l'European Academy of Management.
Margaret Kyle, professeure au Cerna MINES ParisTech, dans le "Top 40" des femmes économistes d'Europe, d'Amérique et d'Afrique.	Le 1er prix Pierre Laffitte 2020 est remporté par Juhi Sharma, doctorante au Cemef MINES ParisTech.
Mélodie Trolliet (AXA Climate) s'est formée à l'étude du rayonnement solaire au sein du Centre O.I.E MINES ParisTech. Portrait.	Elise El Ahmar, ingénieure de recherche au CTP MINES ParisTech, co-créatrice du Mooc Thermodynamique expérimentale.
Nathalie Bozzolo, professeure au Cemef MINES ParisTech, titulaire de la nouvelle chaire industrielle ANR – Safran, Topaze.	Aurore Wurtz, doctorante au CES MINES ParisTech, lauréate du prix Roger Cadiergues 2019.

La Journée internationale des femmes et des filles de science, célébrée chaque année le 11 février, a été adoptée par l'Assemblée générale des Nations Unies, en décembre 2015, afin de promouvoir l'accès et la participation pleine et équitable des femmes et des filles à la science. Cette journée permet de rappeler que les femmes et les filles jouent un rôle essentiel dans la communauté scientifique et technologique et que leur participation doit être renforcée. > En savoir + sur la journée internationale des femmes de science Découvrir les initiatives PSL pour célébrer la journée du 11 février 2021

 

Ingénierie et optimisation des interfaces électrode/électrolyte pour augmenter les performances des piles à combustible à oxyde solide (SOFC)

Résumé de la thèse en français

Dans un contexte de ressources énergétiques limitées et de besoins de ressources décarbonées, l'hydrogène a un rôle important pour la transition énergétique. Les piles à combustibles se révèlent une technologie essentielle de par leur efficacité élevée non-limitée par le cycle de Carnot et de par leur capacité à générer de l'électricité à partir d'hydrogène en produisant uniquement de l'eau. Les applications de cette technologie concernent des domaines variés : le transport, l'industrie, la production d'électricité, etc. Cette diversité est liée aux nombreux types de piles à combustible existant, variant par la nature des matériaux des composants et par leur température de fonctionnement. Dans cette étude, nous nous concentrerons sur les piles à combustible à oxyde solide (Solid Oxide Fuel Cells – SOFC) qui sont composées de matériaux solides fonctionnant à haute température (600°C – 1000°C). Avec l'objectif d'augmenter les performances électrochimiques des SOFC, nous proposons une ingénierie et optimisation des interfaces électrode/électrolyte en déployant des architectures originales. Cette architecturation vise à augmenter la surface équivalente de l'électrolyte et la surface d'échanges des espèces. Il s'agit in fine de diminuer la résistance interne de la pile en diminuant tant les contributions de l'électrolyte que celles des électrodes. Nous souhaitons également mieux comprendre le fonctionnement local des SOFC en étudiant l'impact que les architectures proposées peuvent avoir sur les caractéristiques des dispositifs et notamment sur leur surtension d'activation et de polarisation. Le projet est orienté selon trois axes principaux : fabrication, analyse des propriétés et performances, et modélisation. Un protocole de fabrication est établi se basant sur une modification de la technique de « coulage en bande », qui est couramment utilisée pour la fabrication d'objets en matériaux céramiques, en particulier pour les SOFC. Cette modification permet d'obtenir des cellules « planes » ou « architecturées » sans ajouter d'étapes ni d'équipements de fabrication. Ainsi, le protocole prend en compte les considérations de logistique et de coût, le rendant potentiellement applicable à une échelle industrielle. Les analyses microstructurales des cellules sont basées sur des mesures de profilométrie et sur des observations de microscopie électronique à balayage. Ces mesures permettent de caractériser les cellules en révélant la géométrie des interfaces, la porosité et l'épaisseur des différents composants ainsi que leur cohésion. Des mesures de polarisation (courbe I/V), permettent d'évaluer directement les performances d'une cellule, représentant un outil efficace pour la comparaison. La spectroscopie d'impédance électrochimique est utilisée afin de distinguer les contributions des différents éléments à la résistivité totale de la cellule. Nous avons établi une méthode simplifiée permettant de comparer les spectres des cellules équivalentes et de statuer sur l'impact de l'architecturation sur les différents processus se produisant dans les cellules. La modélisation électrochimique, à l'aide d'un code de simulation par éléments finis, permet d'effectuer des simulations de fonctionnement des cellules en utilisant des paramètres réels obtenus par les analyses. Cette simulation permet d'accroître la compréhension de l'impact de l'architecturation sur les performances des SOFC, en suivant les variations de densité de courant ou de pression partielle des gaz en tout point de la cellule. Cette étude met en évidence une augmentation importante des performances électrochimiques (?96% pour certains échantillons) des cellules de pile à combustible à oxyde solide grâce à l'architecturation des interfaces électrode/électrolyte. Les analyses et la modélisation permettent d'associer cette augmentation à une amélioration de propriétés catalytiques des cellules, ainsi qu'à une hausse la conductivité effective de leurs composants.

Résumé de la thèse en anglais

In the context of limited energy resources and the need for decarbonated resources, hydrogen has an important role to play in the energy transition. Fuel cells are proving to be an essential technology because of their high efficiency not limited by the Carnot cycle and their ability to generate electricity from hydrogen by producing only water. The applications of this technology concern various fields: transportation, industry, electricity production, etc. This diversity is linked to the many types of fuel cells that exist, which vary by the nature of the component materials and their operating temperature. In this study, we focus on Solid Oxide Fuel Cells (SOFC), which are entirely composed of solid materials and operate at high temperatures (600 °C – 1000 °C). The objective is to increase their electrochemical performances by deploying macrostructural architectures at the electrode/electrolyte interfaces, and therefore the volume of the electrodes active layer. Thus, the number of active reactional sites will increase, intensifying the catalytic properties of the cell. Furthermore, the periodic variation of dense and porous material should enhance the effective conductivity of the cell components. We aim to better understand the properties of the cells and to quantify the impact of the architectures on them, and in particular on the activation and ohmic overpotentials. This study is organized following three principal axes: fabrication, analysis, and modeling. A fabrication protocol is established based on a modified tape casting technique, allowing to fabricate « planar » and « architectured » single cells without additional steps or equipment. Thus, the cost and logistical effectiveness are taken into consideration, making the method suitable for industrial applications. The microstructural analyses are carried out using optical profilometry assisted by a Matlab interpretation of the raw data, and scanning electron microscopy. These analyses allow characterizing the interface geometry as well as the porosity and the bonding between the layers of the cells. To study the electrochemical properties, we use polarisation analysis and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The I/V curves allow to simply compare the electrochemical performances of the cells, whereas the EIS provides deeper information on the cell properties. We have established a simplified analysis method for EIS spectra comparison, allowing us to deduce the impact of the architecture on the different processes occurring in the cell in operation. Numerical modeling using actual parameters extracted from the microstructural analysis is carried out via Comsol Multiphysics to simulate the cell performance. The finite element simulation allows a better understanding of the impact of the architecture, by offering a local current density and gas partial pressure study during the operation of the cell. During this study, we have demonstrated a significant increase in the electrochemical performance of SOFCs (96% for some samples) by engineering and optimizing their electrode/electrolyte interfaces. The analysis and the modelization of the homemade cells, allow associating this increase to an enhancement of the catalytic properties and the effective conductivity of the cell components.

 

 

Titre anglais : Engineering and optimization of electrode/electrolyte interfaces to increase solid oxide fuel cell (SOFC) performances
Date de soutenance : vendredi 29 janvier 2021 à 9h00
Adresse de soutenance : 60 Boulevard Saint-Michel 75272 PARIS – L213 – En Visioconférence partielle
Directeurs de thèse : Alain THOREL, Guilhem DEZANNEAU

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Vous trouverez sur cette page les dernières consignes en vigueur à MINES ParisTech, ainsi que les informations utiles à chacun. Elle sera régulièrement actualisée.

> 22 janvier 2021

Réouverture de la bibliothèque, deux jours par semaine
Après quelques mois de fermeture, la bibliothèque de Paris rouvre au public, les mardis et jeudis

• Horaires : 10h30 – 12h30, puis 13h30 – 17h

La capacité d'accueil maximale est fixée à 29 places. Aussi, pour venir travailler sur place, il est nécessaire de réserver un créneau (matin et/ou après-midi) en envoyant obligatoirement un mail à l'adresse : bibliotheque@mines-paristech.fr (merci de préciser "Réservation de place" dans l'objet du mail).

> 11 décembre 2020

L’École peut aborder 2021 avec optimisme

Grâce à la mobilisation et vigilance de tous, la continuité de l’activité de l’École est assurée pendant cette seconde période de confinement. Aucune transmission du virus ne s’est produite dans l’enceinte de l’école. La cellule de veille, réunie le 3 décembre, a décidé de maintenir le dispositif actuel jusqu’au lundi 11 janvier 2021.

A partir du 11 janvier, nous prévoyons une augmentation de la présence des élèves (au-delà des travaux pratiques, MIG ou assimilés assurés actuellement).
Des examens en présentiel sont notamment prévus au cours de la seconde moitié de janvier. Une campagne de test en fin de la première semaine de janvier est envisagée, en accompagnement de ce retour.

> 2 novembre 2020

Les modalités du reconfinement

Le principe retenu est d’assurer la continuité des activités d’enseignement et de recherche. Toute activité télétravaillable sera réalisée à distance, les réunions se tiendront en visioconférence ; les autres activités seront réalisées en présentiel, en gardant les protocoles sanitaires stricts actuels, voire en les renforçant.

Les activités et événements accueillant du public sont suspendus.
Les Presses des Mines continuont à traiter et à expédier les commandes de livres reçues.

    La direction de l’enseignement en coordination avec la DSI (direction des systèmes d'information) va mettre en œuvre un système qui permettra à tout le monde d'accéder (enseignants-chercheurs permanents, étudiants, vacataires) en 3 clics à sa salle virtuelle.

    Par ailleurs, chaque responsable de MS (mastère spécialisé) se verra attribuer une licence Zoom spécifique, afin de pouvoir gérer plus aisément les cours à distance avec les enseignants-chercheurs et les vacataires mobilisés.
 

> 5 octobre 2020

Des consignes de distanciation physique qui fonctionnent bien à l’École

Le gouvernement a annoncé le passage de Paris et sa petite couronne en zone d’alerte maximale pour deux semaines.

A ce jour, il n’y a pas, à notre connaissance, de transmission avérée, ni même suspectée, de la Covid-19 dans les locaux de l’École.

Depuis cinq semaines, la communauté de MINES ParisTech applique strictement les gestes barrières. La préparation au risque de pandémie a été maximale. Ainsi toute l’École a bien intégré les recommandations gouvernementales.

La cellule de veille, mise en place, dès le mois de février, a continué à se réunir tous les 15 jours et demeure en contact permanent. Direction des études, Direction des systèmes d'information (DSI) et Délégations de chacun des sites de MINES ParisTech ont, de leur côté, tout mis en œuvre pour la continuité de l’enseignement.

• Lire l'interview de Charles Wazana, DSI de MINES ParisTech

> 28 septembre 2020

L'École, équipée pour assurer la continuité de l'enseignement

Le point sur les nouveaux matériels audiovisuels qui permettent d'assurer la continuité de l'enseignement quelle que soit la situation sanitaire.

Voir la page sur le site de la Fondation Mines ParisTech

> 23 juillet 2020

L'École prépare la rentrée

La mise en place, dans près de 40 salles de cours et amphithéâtres, des équipements permettant de réaliser des cours « mixtes » (présentiel pour certains étudiants avec d’autres étudiants en visio) est en cours. 
L’objectif est de pouvoir accueillir nos étudiants dans l’École dès la rentrée.

> Jeudi 7 mai 2020

Un déconfinement progressif

À partir du 11 mai 2020, une reprise très progressive du travail se met en place dans les locaux de l'École. Le télétravail restera le mode de travail privilégié pendant encore de nombreuses semaines. En plus du strict respect des gestes barrières, nous devrons renforcer notre vigilance individuelle et collective.

• Après avis favorable des CHSCT, plusieurs centres de recherche de MINES ParisTech ont déjà repris partiellement des activités expérimentales.
• L’enseignement à distance reste de rigueur.

Le directeur général, Vincent Laflèche, a fait part d'un sentiment, largement partagé,  de « fierté légitime de tout ce que l’École – grâce à la mobilisation de tous – a su faire au cours de ces deux mois exceptionnels. »

> Mardi 21 avril 2020

Concours commun Mines-Ponts. Épreuves écrites : du 8 au 10 juillet. Pas d'épreuves orales cette année

« À la suite du communiqué de presse du gouvernement du 17 avril soir, qui fixe le cadre des concours d’entrée dans les grandes écoles, et sous réserve de l’évolution des conditions sanitaires, le CCMP organisera des épreuves écrites pour la session 2020  qui se dérouleront les mercredi 8, jeudi 9 et vendredi 10 juillet.
Le CCMP considère que les épreuves orales permettent aux candidats de démontrer pleinement l'ensemble de leurs compétences et de valoriser leur préparation de plusieurs années. Malheureusement, le calendrier tenant compte du contexte sanitaire et le positionnement de ses écrits en fin de séquence, ne permettent pas au CCMP d'organiser ces épreuves orales dans des conditions acceptables.
Le concours CCMP 2020 sera donc réduit, de façon tout à fait exceptionnelle, à ses seules épreuves écrites.»

• Voir le site du Concours commun Mines-Ponts

> Mardi 14 avril 2020

Éviter une pénurie de pousse-seringues pour sauver des vies

Essentiels pour permettre l’administration de médicaments en continu et avec un débit stable, les pousse-seringues risquent cruellement de faire défaut demain si la crise sanitaire vient à s’intensifier.

• Où trouver des pousses-seringues ?
• Quelles alternatives technologiques ?
• Quelle organisation de soin privilégier dans ce contexte ?

À la demande de l’AP-HP, l’association MedTech in France a réuni une équipe d’une quinzaine de doctorants et élèves du cycle Ingénieurs civils de MINES ParisTech, tous volontaires, pour trouver des solutions concrètes au besoin vital de pousse-seringues électriques des services de réanimation.

Lire le communiqué de presse

> Vendredi 10 avril 2O20

Report des concours : « On ne veut pas ajouter du stress au stress »

« Il va falloir être endurant », admet Matthieu Mazière, directeur des études à Mines ParisTech, car les écoles d'ingénieurs envisagent, elles aussi, de revoir leur calendrier. « L'option privilégiée est un report à fin mai des écrits initialement prévus mi-mai, sans annulation des oraux », précise ce dernier.
Pour l'instant. Car « tous les scénarios sont à l'étude, en fonction de la date de déconfinement. Maintiendra-t-on les oraux, allégera-t-on les écrits ? Ces questions pourraient, à terme, se poser », confie-t-il. Partagé entre la nécessité de rassurer les candidats (ils sont plus de 20 000) et la crainte d'un renoncement hâtif, le directeur temporise.

Lire l'article d'Alice Pairo-Vasseur, dans Le Point
 

> Jeudi 9 avril 2020

Des visières de protection pour l'AP-HP

Plus de 1070 visières « Heaume », imprimées en 3D par des élèves et agents de MINES ParisTech, et assemblées par le Fab Lab du Kremlin Bicêtre, ont éte remises, en fin semaine dernière, aux 6 hôpitaux du groupe Paris-Saclay de l'AP-HP.
Ces accessoires protègent les soignants qui interviennent très près d’un patient Covid, lors d’une intubation, par exemple.

 

> Jeudi 2 avril 2020

Les associations d'anciens élèves mobilisées contre le Covid-19

MINES ParisTech Alumni et l'association Intermines proposent de contribuer aux actions de solidarité en effectuant un don à la Fondation Croix-Rouge, lancée dans une campagne pour protéger les soignants et les personnes vulnérables.

• Pour en savoir +

> Mardi 31 mars 2020

Appel à projets Covid-19

L'Agence nationale de la recherche (ANR) a lancé un appel à projets sur le Covid-19, ciblé sur 4 priorités identifiées par l’OMS :

• Études épidémiologiques et translationnelles
• Physiopathogénie de la maladie (interactions virus-hôte et réponse immune)
• Mesures de prévention et de contrôle de l’infection en milieu de soins (y compris les meilleurs moyens de protéger les agents de santé
• Éthique – Sciences humaines et sociales associées à la réponse

MINES ParisTech se félicite qu’un de ses professeurs fasse partie de l’un des jurys ANR.

> Vendredi 27 mars 2020

Continuer à se former et rester curieux, c'est l'objectif en cette période de confinement
Voici un florilège des infos les plus utiles, diffusées cette semaine sur nos réseaux sociaux :

• Uniciel, l'université des sciences en lignes, offre en libre accès sa "Méthodo études à distance"
• Retrouvez, en ligne, le cours Optimisation (élèves de 1A) en mathématiques appliquées
• La 1^re session du MOOC Thermodynamique expérimentale commence le 6 avril ! Il est gratuit et développé par le Centre de Thermodynamique des Procédés CTP et l'équipe TICE de MINES ParisTech Inscriptions
• Le MOOC Concevoir pour innover : introduction à la théorie C-K – accessible en mode archivé ouvert. Voici le lien pour suivre ce cours en ligne
• Le Musée de minéralogie de MINES ParisTech vous propose une nouvelle série de vidéos! Qu'y a-t-il a l'intérieur de nos téléphones portables, nos voitures, les médicaments, les avions ? À vous de le découvrir https://buff.ly/2WzGpeT
• Les Presses des mines vous offrent les  "Chroniques d’un amateur de sciences" par Bruno Latour, en téléchargement gratuit

Et n'oublions pas l'appel du gouvernement à offrir son aide : jeveuxaider.gouv.fr
 

> Jeudi 26 mars 2020

Dons de masques et de gants
L'Ecole est solidaire des soignants et des malades. Grâce à la mobilisation de tous les sites de MINES ParisTech, 12 900 masques FFP2 et chirurgicaux et 300 paires de gants nitrile ont pu être donnés aux hôpitaux, maisons de santé, centres de radiologie, Service de santé des armées, etc.

> Mardi 24 mars 2020

Le Concours Mines-Ponts est reporté. "Pour l'heure, candidats, français et étrangers, continuez à vous préparer avec efficacité". Toutes les infos sur le site officiel du concours
 

> Lundi 23 mars 2020

Mobilisation des solidarités face au Covid-19

Le gouvernement lance la Réserve civique-Covid 19 afin de permettre à tous ceux qui le peuvent et le souhaitent de donner leur temps pour aider les personnes fragiles ou démunies. Une plateforme a été créée en lien avec les plus grands réseaux associatifs et les plateformes déjà existantes. Elle permet aux structures (associations, CCAS, MDPH, collectivités, opérateurs publics, etc.) de faire état de leurs besoins.
Inscriptions sur jeveuxaider.gouv.fr

> Vendredi 20 mars 2020

L'Ecole est organisée pour assurer la continuité des différentes activités 
Les missions et les stages en entreprises sont maintenus ou décalés dans le respect des mesures prises par ces entités,
Les cours à distance se généralisent,
Les plannings scolaires d'alternance sont modifiés pour faire face aux priorités,
La recherche n'a pas cessé et la continuité de travail des doctorants est facilitée. 
L'accès de chacun à sa messagerie électronique professionnelle est effectif. Les échanges, se poursuivent également grâce au basculement de toutes les lignes téléphoniques pro sur les téléphones personnels. 

> Mercredi 18 mars 2020 – USEFUL LINKS FOR OUR FOREIGN STUDENTS & FRIENDS  

Covid-19 US Embassy and consulates in France
Covid-19: G7 Leaders'Statement (16 Mar. 2020) 
Advice for visitors to France

> Mardi 17 mars 2020

Le Président de la République a annoncé des règles strictes que vous devez impérativement respecter pour lutter contre la propagation du virus et sauver des vies. Les sorties sont autorisées avec attestation et uniquement pour votre travail, si vous ne pouvez pas télétravailler, votre santé ou vos courses essentielles. Toutes les informations sur www.gouvernement.fr

> Tuesday, March 17, 2020

President Macron has announced stringent measures which you must apply in order to combat the spread of the virus and save lives. You are permitted to leave home with the official attestation, exclusively to attend your place of work – if you are unable to work from home –for reasons of health and to shop for food and essentials. Full information is available on the official website www.gouvernement.fr

> Vendredi 13 mars 2020

Dans le cadre des mesures de lutte contre la pandémie de coronavirus annoncées par le Président de la République, l'équipe de direction de MINES ParisTech a décidé d'appliquer les mesures suivantes :

• Suspension des cours en présentiel,
• Fermeture du musée de minéralogie et de la bibliothèque,
• Suspension des événements avec des visiteurs externes ne concourant pas directement à l’activité de recherche,
• Généralisation du télétravail pour l’ensemble des personnels (pour lesquels cela est possible),
• Continuité des activités de recherche et administratives de l’Ecole et d’Armines. 

> Friday, March 13, 2020

Following the measures announced by President Macron to combat the coronavirus pandemic, the management of MINESParisTech has decided to apply the following measures:

• Face-to-face teaching is suspended
• The Museum of Mineralogy and the Library are closed
• Events involving external visitors and not directly relating to research activities are suspended
• All members of staff are to work from home wherever possible.
• Research and administrative activities, both within the School and at Armines, are to continue.

À consulter : 

• Les gestes barrières  (Santé Publique France)
• Le portail d'information du gouvernement
• Conduite à tenir si vous revenez d'une zone à risque
• La Foire Aux Questions de l'Organisation Mondiale de la Santé

 

Compréhension et modélisation des mécanismes et des effets de géométrie dans la transition ductile-fragile

Résumé de la thèse en français

Cette thèse a pour objectif principal d'étudier l'effet de la température et de la géométrie sur la ténacité du matériau dans la zone de transition ductile-fragile. Ce travail propose de modéliser les mécanismes de rupture observés dans cette zone à l'aide d'une approche locale de rupture. Conformément à l'expérience, la rupture dans cette zone peut être décrite par une avancée ductile de la fissure suivie par un clivage de l'éprouvette. Dans le cadre d'une formulation non locale, la rupture fragile est modélisée par une version modifiée du modèle statistique de Beremin. L'avancée ductile peut être modélisée par un modèle d'endommagement non-local de type GTN. On commence tout d'abord par une étude expérimentale du matériau de l'étude : un acier ferritique 18MND5. Plusieurs éprouvettes sont testées pour décrire le comportement de ce matériau vis-à-vis de la plasticité et de l'endommagement. La fractographie en MEB effectuée sur les faciès de rupture permet dans un premier temps de décrire les mécanismes de rupture en fonction de la géométrie et de la température et dans un deuxième temps, de distinguer les éprouvettes fragiles des éprouvettes qui ont une certaine avancée ductile de la fissure. Ensuite, à partir des résultats des observations précédentes, on modélise la plasticité et l'endommagement du matériau. Finalement, une nouvelle méthodologie du calcul de la contrainte de Weibull permet de s'assurer que celle- ci est correctement évaluée ; en particulier on vérifie que le calcul est convergé en maillage et on filtre les fortes fluctuations de contrainte. Le clivage est décrit par le modèle de Ruggieri-Beremin qui permet de prendre en compte l'effet de la déformation plastique sur la contrainte de Weibull.

Résumé de la thèse en anglais

The major goal of this work is to study the temperature and the geometry effect on material fracture toughness in the Ductile-to-Brittle transition region. This work proposes to model the fracture mechanisms observed in this zone using a local approach to fracture. According to experimental evidences, fracture in the Ductile-to-Brittle can be described as a limited ductile crack advance followed by cleavage. In the context of a non-local formulation, cleavage is modeled using a modified Beremin model while ductile crack advance is modeled using the GTN damage model. Firstly, an experimental study is carried on our material which is the 18MND5 ferritic steel. Several specimens are tested to describe the behavior of our material with respect to plasticity and damage. SEM fractography analysis allows, on the one hand, describing the fracture mechanisms depending on geometry and temperature and on the other hand, distinguishing brittle specimens from specimens that have a certain ductile advance of the crack. Then, from the results of the previous observations, we model the plasticity and the damage of our material. Finally, a new methodology for the Weibull stress evaluation is proposed in order to filter out the elements that are detrimental to the computation of this stress. Cleavage is modeled using the Ruggieri-Beremin model, which takes into account the effect of triaxiality on the Weibull stress.

Titre anglais : Inderstanding and modelling mechanisms and geometry effects in ductile to brittle transition.
Date de soutenance : mercredi 20 janvier 2021 à 14h00
Adresse de soutenance : EDF LAB Les Renardières Avenue des Renardières Écuelles, 77818 Moret sur Loing cedex – Salle RASTOIX
Directeurs de thèse : Jacques BESSON, DAHL ANNA

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Modélisation physique du comportement mécanique linéaire et non-linéaire des élastomères renforcés

Résumé de la thèse en français

L'ajout de charges dans les élastomères, en particulier les nano-silices dans les silicones, améliore sensiblement les propriétés mécaniques (rigidité, dissipation, contrainte à rupture,…). En contrepartie, cela introduit dans le comportement mécanique des dépendances et des non-linéarités absentes dans la matrice pure. Le lien entre la microstructure complexe du matériau et ses propriétés mécaniques macroscopiques n'est pas encore clairement établi. C'est pourquoi, nous commençons par construire un modèle stochastique décrivant la réponse mécanique linéaire des élastomères renforcés. Ce modèle est basé sur le concept de ponts vitreux. La microstructure représentative du matériau est formée par une distribution d'orientations et de longueurs de ponts, i.e. de régions de chaînes polymères confinées entre agrégats. Localement, la réponse mécanique du pont peut être vitreuse ou caoutchoutique selon le confinement, la température et l'amplitude de déformation. Les propriétés mécaniques macroscopiques de la distribution sont calculées par une méthode d'homogénéisation auto-cohérente. Pour chaque matériau, la distribution de ponts peut être identifiée à partir des mesures expérimentales du renforcement mécanique en régime linéaire. Le modèle stochastique nous permet aussi d'élucider l'origine physique de l'équivalence température-pression mise en évidence sur la rigidité. Alors que la température engendre la disparition des ponts vitreux (adoucissement), nous montrons que la pression, elle, en crée de nouveaux (rigidification). Le concept de ponts vitreux nous permet alors d'établir une nouvelle loi d'équivalence température-pression pour les élastomères renforcés. En outre, nous montrons que cette théorie décrit aussi, en première approximation, les propriétés mécaniques non-linéaires (effet Payne) de nos matériaux. Pour finir, nous mettons en œuvre dans un code de calcul éléments finis, un modèle de comportement macroscopique à base physique. Bien que le cadre thermodynamique soit classique, les valeurs des paramètres matériaux sont issues de surfaces de réponses qui sont identifiées à partir du modèle stochastique.

Résumé de la thèse en anglais

The addition of fillers into a polymer matrix, such as nano-silica into silicone rubbers, brings an outstanding enhancement in the mechanical properties (stiffness, hysteresis, ultimate strength,…). In return, many dependencies or nonlinearities appear in the mechanical behaviour which do not exist in the pure rubber. The relation between the microstructure and the macroscopic mechanical properties is not yet clearly understood. Thus, we start with the development of a stochastic model describing the linear mechanical response of filled rubbers. This model is based on the glassy bridges theory. The typical microstructure of the system is composed by a bridges lengths and orientations distribution, i.e. confined polymer chains between aggregates. The local mechanical response of a single bridge can be glassy or rubbery depending on the confinement degree, the temperature and the strain amplitude. The macroscopic mechanical properties of the distribution are calculated by the mean of a self-consistent homogenization. For all our materials, the bridges distribution has been identified based on the linear mechanical reinforcement measurements. The stochastic model also provides the physical origin of the pressure-temperature superposition highlighted on the stiff- ness. The temperature makes the glassy bridges disappear (softening) while the pressure creates new ones (hardening). The glassy bridges theory allows us to suggest a new pressure-temperature superposition law for filled elastomers. Then, we show that the theory is also capable, to a first approximation, to describe the nonlinear mechanical properties (Payne effect) of our samples. Finally, we implement the constitutive equations of a macroscopique behaviour into a finite element software. Although the thermodynamical framework is standard, the material parameters are given by responses surfaces which are identified based on the stochastic model.

Titre anglais : Physical modeling of the linear and nonlinear mechanical behaviour of filled rubbers
Date de soutenance : vendredi 11 décembre 2020 à 10h00
Adresse de soutenance : ESPCI 10 rue Vauquelin 75005 Paris – En visioconférence partielle
Directeurs de thèse : Sabine CANTOURNET, François LEQUEUX

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Comportement des gaines en alliages de zirconium en conditions thermo-mécaniques représentatives d'un accident RIA

Résumé de la thèse en français

Ces travaux de thèse ont pour but d'établir une meilleure compréhension du comportement thermomécanique à la rupture des gaines du crayon combustible au cours d'un transitoire accidentel de type RIA. Un dispositif expérimental nommé EDC-T permettant la réalisation des essais mécaniques sur des gaines en Zircaloy-4 avec des biaxialités de déformation ???/??? entre ?0,2 et 1 a été développé. Une campagne expérimentale à 25 °C menée sur ce dispositif a permis d'étudier les effets de la biaxialité et de la vitesse de déformation sur la rupture de la gaine. Les essais réalisés montrent un effet important de la biaxialité sur la déformation circonférentielle à la rupture qui possède un minimum pour un l'état de déformation plane où la biaxialité de déformation est proche de 0. Une faible baisse de la ductilité a été également enregistrée lors de l'augmentation de la vitesse de déformation pour tous les niveaux de biaxialité. Les mécanismes d'endommagement et les modes de rupture des éprouvettes sont identifiés d'après les surfaces et les profils de rupture en fonction des conditions de sollicitation. Des simulations numériques par éléments finis ont été réalisées avec le code CAST3M pour modéliser l'essai et simuler la rupture des gaines avec un chargement biaxial. Un second dispositif expérimental a été développé pour coupler les effets d'un chargement mécanique biaxial et d'un chargement thermique rapide. L'objectif est de chauffer la gaine avec des vitesses de montée en température supérieures à 100 °?.??1 afin d'éviter la restauration des défauts liés à l'hydruration et à l'irradiation au cours de l'essai. La méthode a été utilisée pour réaliser des essais thermomécaniques à des fortes vitesses de chauffage, des fortes vitesses de déformation et à des niveaux de biaxialité élevés afin de reproduire l'intégralité des chargements lors d'un accident de réactivité. Les premiers résultats montrent, pour une gaine vierge, que la déformation à la rupture n'a pas été affectée par la température ni par la vitesse de chauffage. Des simulations par éléments finis ont été mises en place pour modéliser les différentes méthodes de chauffage testées et permettre d'optimiser la méthode retenue. Ces simulations ont notamment permis de modéliser le passage du courant électrique et du flux thermique à travers des interfaces solide-solide.

Résumé de la thèse en anglais

The aim of this work is to enhance the understanding of the thermomechanical behavior at rupture of the fuel rod cladding during an accidental transient of the RIA type. A new mechanical test has been developed in order to apply a strain biaxiality ratio ?_zz/?_?? between -0,2 et 1. It allows to reproduce loading conditions close to the ones occuring during a RIA accident. An experimental compaign at room temperature carried out with this device made it possible to study the effects of strain biaxiality ratio and strain rate on the fracture of the cladding. The tests carried out show a significant effect of the biaxiality on the hoop strain at failure which has a minimum for a plane strain state where the strain biaxiality is close to 0. A slight decrease in ductility was also recorded during of the increase in strain rate for all biaxiality levels. The damage mechanisms and failure modes of specimens are identified from the surfaces and failure profiles depending on the stress conditions. Numerical finite element simulations were performed with the CAST3M code to model the test and simulate the failure of cladding with biaxial loading. A second experimental device has been developed to couple the effects of biaxial mechanical loading and rapid thermal loading. The objective is to heat the cladding with temperature rise rates greater than ?100 °C.s?^(-1) in order to avoid the restoration of the defects linked to the hydriding and to the irradiation during the test. The method was used to perform thermomechanical tests at high heating rates, high strain rates, and high biaxiality levels to reproduce full loadings in a reactivity accident. The first results show, for a virgin cladding, that the strain at break was not affected by temperature or by the rate of heating. Finite element simulations were undertaken to model the different heating methods tested and to optimize the chosen method. These simulations made it possible in particular to model the passage of electric current and heat flow through solid-solid interfaces.

 

Titre anglais : Behavior of zirconium alloy cladding under thermo-mechanical conditions representative of an RIA accident
Date de soutenance : vendredi 11 décembre 2020 à 14h00
Adresse de soutenance : En visioconférence intégrale – –
Directeurs de thèse : Jacques BESSON, Jerôme CREPIN

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