14^e symposium international sur les superalliages

Mines Paris PSL accueille l'antenne française du symposium international Superalloys 21, organisé virtuellement par les États-Unis.

L'École recevra la communauté française des superalliages (des chercheurs de ses centres des Matériaux d'Évry (MAT) et de Mise en forme des matériaux de Sophia Antipolis (CEMEF) ainsi que des personnalités de Safran, Onera, Aperam, etc.

Cet événenement international est piloté virtuellement par par la TMS aux États-Unis. Les présentations orales des orateurs français seront retransmises en direct sur la plateforme de la conférence.

Lieu : Mines Paris PSL – 60, boulevard Saint-Michel – Paris

Contact : Nathalie Bozzolo

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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.

> Télécharger le Rapport d'activité 2020

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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July 19-23 2021 at Mines ParisTech

L'École des Mines de Paris a cette année le privilège d'organiser un Symposium de l'association internationale de mécanique théorique et appliquée (IUTAM iutam.org)

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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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• La prochaine réunion du CLUB COLD SPRAY aura lieu le 17 et 23 mars 2021 
• The next Cold Spray Club meeting will take place on Friday 17th and 23rd of March 2021.

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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Magicien de la matière et passionné par les matériaux, Michel Jeandin était, au Centre des Matériaux où il a officié en qualité d’enseignant-chercheur, spécialisé dans les traitements de surface. Il aura formé, au cours de sa carrière, une cinquantaine de jeunes scientifiques en thèse sur le thème des matériaux et de la fonctionnalisation des surfaces.

Visionnaire dans la création des partenariats entre le monde académique et le monde industriel, il fut notamment directeur du Centre de Compétence en Procédés de Projection (C2P) du Centre des Matériaux et à l’initiative du club « Cold spray » regroupant sur ce thème les membres de la communauté internationale. Cette proximité avec le monde industriel ne l’a pas empêché de rechercher des applications plus esthétiques de ses travaux, et on lui doit des avancées majeures dans le domaine de la projection sur le bois, dans le cadre des travaux qu’il mena en lien avec CARAT, la filière de la mode et du luxe.

« Fellow » de l’ASM (FASM), expert matériaux auprès de la CEC/Bruxelles dans le cadre du 6^e PCRD, membre du comité éditorial de nombreuses revues et siégeant au Comité des Arts Chimiques de la Société d’Encouragement pour l’Industrie Nationale (SEIN), vice-président du « Matériaupôle », lauréat de plusieurs récompenses, notamment le prix international Thermec 2016 distinguant l’ensemble de sa carrière scientifique, Président ou co-organisateur d’une quinzaine de conférences internationales dont la conférence Thermec 2018 tenue à Paris et ayant réuni plus de 1600 participants, Michel Jeandin fut l’un des étendards de l’Ecole des mines en ce qui concerne les procédés innovants au service de la fonctionnalisation des matériaux.  

Auteur de plus de 400 publications et d’une vingtaine de dépôts de brevets, Michel Jeandin aura marqué de son empreinte son passage au centre des matériaux et à l’Ecole des mines.

Paris - École des Mines