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Présentation MECAMETA

par Damien Faurie - publié le , mis à jour le

L’axe MECAMETA rassemble l’essentiel des activités concernant les relations entre les microstructures, les procédés d’élaboration et les propriétés des matériaux hétérogènes de structure (strictement ou porteurs d’autres fonctionnalités), généralement massifs (par opposition aux films & couches minces). Les propriétés mécaniques sont concernées au premier chef, qu’elles soient élastiques (matériaux fragiles) ou (thermo-) élasto (-visco)-plastiques (matériaux ductiles). La finalité d’ensemble des études est le gain de performances par la mise en œuvre, en association, de moyens multi-échelles expérimentaux et de calculs de nouvelle génération. Les métaux, leurs alliages et leurs oxydes occupent une large place des matériaux concernés, le plus souvent à l’état cristallin. Une part plus petite mais à vocation de croitre concerne les matériaux composites dans leur grande diversité. Quelques études (en partenariat avec d’autres équipes ou d’autres laboratoires) concernent des matériaux fonctionnels – céramiques fragiles, matériaux souples, nanostructures pour la photonique, matériaux magnéto-stimulables – abordés dans l’axe essentiellement du côté de la modélisation du comportement mécanique et de la prévision des propriétés couplées.
Sont étudiées, la déformabilité (plasticité cristalline surtout) avec ses limites (endommagement et rupture) en régimes quasi-statiques ou dynamiques jusqu’aux très grandes vitesses (impact), la résistance thermique aux chocs (céramiques), les évolutions de microstructures et de propriétés en température (recristallisation et transformations de phases) et la fragilisation sous atmosphères agressives (hydrogène notamment, ou oxydation). Les métaux et alliages sont issus de métallurgie conventionnelle ou de métallurgie des poudres, l’Unité ayant acquis en 2016 un équipement HIP instrumenté de manière originale (dilatomètre interne) et disposant d’un accès à un SHS installé dans une Unité partenaire. Les travaux incluent également la maîtrise et l’optimisation de ces procédés d’élaboration. Des matériaux composites modèles peuvent également être élaborés par fabrication additive, en interne (matrices polymères) grâce à un équipement récent et en collaboration (ensembles métal-oxydes) avec une PME de proximité.

S’agissant de mieux comprendre et modéliser le comportement mécanique de matériaux complexes et hétérogènes, afin de mieux contrôler leurs propriétés finales, les travaux menés sont à la fois expérimentaux et numériques. Les mécanismes mis en œuvre étant non-linéaires, instables et actifs à différents échelles, il est nécessaire d’utiliser ou de développer des outils avancés dans les domaines de :

  • l’élaboration et des transformations thermomécaniques : les moyens existants récemment enrichis d’équipements haut de gamme fournissent un ensemble rarement disponible dans un même laboratoire,
  • la caractérisation mécanique/microstructurale grâce aux moyens réunis dans les services scientifiques pour la plupart, au sein des Opérations de Recherche (OR), ou mis à disposition par des partenaires pour certains,
  • la modélisation et des simulations qui se sont très diversifiées en échelles pendant le quinquennal précédent pour dorénavant aller de la dynamique moléculaire aux calculs par éléments finis, en passant par la dynamique discrète des dislocations, les méthodes de champs de phase, et l’homogénéisation. Cette diversité d’échelles en modélisations/simulations appuie celle concomitante en moyens de caractérisations qui vont de la microscopie à transmission à la microscopie optique, en passant par les microscopies à balayage (MEB) et en champs proches (AFM, MFM) et un large éventail de moyens en diffractométrie aux rayons X.

Une spécificité des activités de caractérisation mécanique est la disponibilité, à côté de machines d’essais conventionnelles, d’un ensemble de mini-machines adaptables sur MEB, AFM et DRX, pour divers essais (traction, compression, flexion, cisaillement), dans des gammes de températures variées selon les types d’essais (jusqu’à 800°C). Les essais (et transformations) thermomécaniques qui s’appuient sur un ensemble de fours pouvant être dédiés à différents matériaux ou types de prétraitements avant essais, ont récemment été complétés par une machine Gleeble ouvrant de nouvelles perspectives d’essais et d’élaboration.