Pôle thematique de recherche 5

Comportement et Durabilité des Matériaux Hétérogènes

Responsable(s)

Noël CHALLAMEL

Cédric DOUDARD

Activités

Le Pôle Thématique de Recherche (PTR) « Comportement et Durabilité des Matériaux Hétérogènes » mène des recherches de pointe sur des problématiques d'actualité relevant du domaine de la mécanique des matériaux et des structures. L'objectif final de nos activités est de fournir des outils d'aide au dimensionnement permettant d'assurer la fiabilité et la durabilité des matériaux et des structures en service. Pour atteindre ces objectifs, nos recherches reposent sur le développement d'approches multi-échelles à fort contenu mécanique associant des aspects originaux tant du point de vue théorique qu'expérimental. Il est à noter que l'une des spécificités de notre démarche réside dans l'étape de validation des modèles de comportement et/ou de tenue en service à partir de confrontations essais-calculs à « grande échelle » (i.e., à l'échelle de la structure). Enfin, nos thèmes et nos activités de recherche concilient problématiques scientifiques amonts avec des questions et des enjeux issus du monde socio-économique.

Compétences

Les activités de l’équipe concernent une large plage de matériaux, à savoir les matériaux métalliques (dont ceux issus de la fabrication additive métallique), les matériaux organiques (polymères et composites), les matériaux architecturés (cordage, treillis…), et les matériaux cimentaires.

Le comportement thermomécanique de ces matériaux sont étudiés en interaction avec les environnements sévères (basse et haute température, milieu marin…) dans lesquels ils sont utilisés. Il s’agit plus spécifiquement d’étudier leur vieillissement mais aussi leur tenue sous les sollicitations vues en service (e.g., fatigue).

Le PTR 5 développe des activités de recherche dont une majorité (50%) sont étroitement liées au domaine de l’ingénierie marine. Celles-ci peuvent être regroupées en 5 grand thèmes :

Solution d’ancrage pour systèmes flottants ;
Navire du futur ;
Nautisme ;
Matériaux organiques en environnement marin ;
Matériaux cimentaires & environnement marin.

Axes de recherche

Apport de la thermométrie pour l’identification et la modélisation des propriétés à la fatigue des matériaux et des structures

Ce thème concerne le développement d’approches originales basées, d'une part, sur des mesures thermiques sous sollicitations cycliques et, d'autre part, sur la modélisation multi-échelle des mécanismes dissipatifs à l'origine du phénomène de fatigue. Cette méthodologie, mettant en jeu un dialogue étroit entre la signature thermique à fort contenu mécanique des matériaux sollicités en fatigue et la modélisation thermomécanique des phénomènes irréversibles sous-jacents (e.g., microplasticté, viscosité, frottement…), conduit à une stratégie de caractérisation rapide des propriétés HCF des matériaux. Elle est développée sur une large gamme de matériaux (e.g., matériaux métalliques, métastables, polymères, matériaux organiques, composites…).

Matériaux architecturés et microstructures

Les chercheurs ayant travaillé sur cette thématique s’intéressent aux effets de microstructure qui conditionnent la réponse des matériaux à architecture à la fois de manière statique et dynamique. L’originalité de l’approche développée réside en la prise en compte de la théorie des réseaux (« lattice ») à l’échelle mésoscopique par des modèles continus ou discrets pour en déduire des propriétés macroscopiques. Les propriétés des réseaux (et notamment leur symétrie) sont essentielles à comprendre notamment dans les approches de propagation d’ondes, mais aussi dans la compréhension des phénomènes de localisation ou la prédiction des instabilités.

Matériaux bio et géo sourcés pour la construction

Ce thème de recherche concerne le développement et la caractérisation de nouveaux matériaux de construction répondant à la fois aux objectifs de la transition écologique et à des performances mécaniques et/ou hygro-thermiques attendus, en utilisant toutes les techniques et outils de mise en œuvre dont les plus modernes (impression 3D, fabrication robotisé). Le comportement de matériaux bio ou géo sourcés pour la construction, incluant par exemple le béton de chanvre ou la terre de construction, est étudié, à partir de caractérisation en laboratoire et/ou de développement de modèles. Les recherches menées sur cette thématique, trouvent des champs d’application dans la construction, comme en témoignent les comités techniques auxquels participent activement les membres de l’équipe. L'originalité de la thématique réside notamment dans l'approche intégrée partant de la formulation du matériau en passant par l'analyse de son comportement à l'état frais (approche rhéo-physique), l'analyse et la modélisation du procédé de fabrication, l'analyse de son comportement en service et de sa durabilité et l'estimation des impacts environnementaux tout au long de son cycle de vie.