Composite manufacturing processes. Analyses, modelling and simulations

Continuous fiber reinforced composites are increasingly being used in the aerospace and automotive industry to cope with lightweighting challenges and meet high performance standards. The manufacturing processes are essential for the quality of the final composite.

Simulation of composite manufacturing processes requires experimental analysis and modelling of the transformations involved. During the process, these phenomena concern fibrous materials in large deformation (depending on temperature, phase change….). Experimental analysis, modelling and simulation of physical phenomena during composites forming are the objectives of the symposium. The conference will focus on composite materials with continuous fibres for structural parts. The analysis of forming of the reinforcement without resin (dry preform) and with non-hardened resin (prepreg) will be considered as well as thermomechanics and consolidation of the composite during prepreg forming. 

Comment procéder au démantèlement de la centrale nucléaire de Fukushima Dai-Ichi en toute sécurité ? C’est la problématique qui a conduit à la naissance le 1^er novembre 2017 du projet PYRAMID, d’envergure internationale. Il est porté par Philippe Guy, chercheur au Laboratoire Vibrations Acoustique de l’INSA Lyon.

« Le projet PYRAMID a pour but de créer un système de gestion du risque industriel, basé sur un dispositif innovant d’inspection non destructive des canalisations des circuits de refroidissement de la centrale nucléaire de Fukushima, pour permettre son démantèlement en toute sécurité. En effet, la centrale est gravement endommagée et présente un haut risque de nouvel accident nucléaire, si son refroidissement n’est pas maintenu. Il faut être sûr que les canalisations vont tenir, et assurer le refroidissement pour pouvoir procéder à son démantèlement, en toute sécurité et sans polluer » explique Philippe Guy, qui devrait pouvoir visiter la centrale lors d’un prochain voyage au Japon en octobre prochain.

En attendant, il est aux manettes d’un projet ANR-PRCI de recherche collaborative qui réunit des laboratoires publics français et japonais, l’unité mixte internationale ELyTMaX, le CRIEPI, fondation de recherche à but non lucratif soutenue par l’industrie électrique japonaise. Ensemble, ils ont remporté un appel à projets lancé par l’Agence Nationale de la Recherche, qui leur permet de travailler sur cette problématique durant les 3 ans à venir.

Optimiser le processus d’inspection dans les tubes en acier corrodés
PYRAMID vise à développer de nouveaux outils de simulation et des techniques de contrôle non destructif à base de capteurs sans contact, de type EMAT, pour détecter et quantifier l’amincissement de parois dû à la corrosion induite par un flux chargé en débris dans les systèmes de tuyauterie. L’objectif final est de fournir un système de gestion des risques basé sur la prévision et la surveillance de l’amincissement de ces parois.

« Les modes et les taux de corrosion seront prédits par des simulations numériques mises en œuvre sur des structures réalistes telles que des coudes d’acier. Ces prédictions seront validées par des mesures électrochimiques sous coefficient de transfert massique contrôlé. Ce qu’il faut préciser, c’est l’utilisation de méthodes ultrasonores non destructives, qui seront conçues à l’aide de simulations numériques. PYRAMID permettra très certainement de conforter la place de leader mondial dans la simulation des contrôles non destructifs du code CIVA développé par le CEA-LIST. Nous devrons expérimenter et valider les résultats obtenus par ces simulations. » précise Philippe Guy.

Former pour transmettre
Dans le cadre de cette collaboration, des séjours croisés de chercheurs sont prévus, et des formations seront proposées dans le cadre d’écoles d’été sur les thématiques développés par le projet PYRAMID.

« Au-delà des publications attendues, nous allons chercher à mettre en place des formations d’ingénieurs et de chercheurs dans ce domaine, parce que le démantèlement de centrales nucléaires va devenir un problème mondial, majeur dans les années à venir. Au delà de l’application visée, dans le cadre de PYRAMID, les résultats pourront être utiles pour l’élaboration de systèmes d’évaluation du risque industriel lié à l’exploitation de tout système de tuyauteries soumis à la corrosion, qui doit être détectée, quantifiée et évaluée, comme c’est le cas dans les industries chimiques, pétrolières, de transport de matières corrosives » conclut Philippe Guy.

Les partenaires de PYRAMID
3 laboratoires publics français

• Laboratoire Vibrations Acoustique (LVA) de l’INSA Lyon
• Matériaux : Ingénierie et Science (MATEIS) de l’INSA Lyon
• CEA-LIST de Paris-Saclay, centre de recherches et d’innovation

1 unité mixte internationale

• ELyTMaX, localisée à l’Université de Tohoku et dirigée par Gaël Sebald, professeur de l’INSA

3 laboratoires publics japonais

• Institut of Fluid Science (IFS) de l’Université de Tohoku
• Graduate School of Engineering (GSE) de l’Université de Tohoku
• Graduate School of Science and Technology (GSST) de l’Université de GUNMA

1 institut de recherche

• CRIEPI

La réunion de lancement de PYRAMID a eu lieu le 9 mars 2018 à l’INSA Lyon,
à l’occasion de la venue de la délégation japonaise pour l’inauguration du laboratoire miroir d’ELyTMaX et du workshop ELyTGlobal.

Fukushima Daiichi - Un engagement total aux côtés de nos collègues japonais ; ou lorsque la recherche se conjugue avec les valeurs de l’INSA…
Le projet PYRAMID évoqué ici s’inscrit dans un programme plus large de collaborations centrées sur l’anticipation des problèmes de corrosion susceptibles d’exister sur les installations de démantèlements mises en place sur le site Fukushima Daiichi.
Contrairement à la stratégie mise en place après la catastrophe de Tchernobyl, qui consistait à enfermer la centrale dans un sarcophage en béton, les japonais ont entrepris de démanteler la centrale composée de 4 réacteurs. Cette opération peut être déclinée en quatre étapes : 1) la décontamination, 2) le refroidissement du cœur des réacteurs, 3) le confinement des eaux souterraines et le contrôle de leur contamination, 4) les opérations de démantèlement proprement dite des installations, 5) enfin, le stockage des déchets.
Cette chaine d’opération est prévue pour une durée de 40 ans, ce qui impose des installations durables et fiables dans un environnement complexe à bien des égards.
Si les japonais ont entrepris des mesures curatives de première urgence, leur démarche consiste dans le même temps à consulter les avis d’experts internationaux sur la question de la pérennisation de leurs installations sur le site, dédiées au démantèlement.
C’est ainsi qu’une première délégation de huit experts internationaux fut invitée par les représentants de l’Université du Tohoku et du Japan Atomic Energy Agency (JAEA) pour entreprendre une vaste réflexion sur la problématique de la corrosion. Quatre experts français de Chimie ParisTech, CEA et l’INSA Lyon (représenté par Bernard Normand-MATEIS UMR 5510 CNRS) accompagnés de 2 experts canadiens et 2 experts américains, ont été invités pour échanger sur les risques et la prévention de la corrosion sur le site de Fukushima Daiichi.
Au cours de conférences et d’ateliers, les différents types d’endommagement ont pu être abordés comme la corrosion sous irradiation, la corrosion-érosion, sous contrainte, pour donner un certain nombre de perspectives en matière de monitoring à l’instar de celles déclinées dans le programme PYRAMID, mais aussi en matière de scénarii d’endommagements pour mieux les anticiper. Enfin, une visite sur le site de la centrale a permis de se rendre compte de l’ampleur de la catastrophe et des efforts entrepris par nos collègues japonais.
S’il y a sept ans, nous avons tous été bouleversés par la terrible catastrophe naturelle qui s’est produite au large de Sendaï et la catastrophe industrielle qui en a résultée (la fusion de trois réacteurs de la centrale Fukushima Daiichi et l’explosion de l’enceinte de confinement du quatrième), cette période anniversaire du tremblement de terre de Sendaï et la concomitance de la visite de nos collègues japonais ne doit pas nous faire oublier combien nous sommes tous concernés par ce genre de catastrophe. C’est l’une des forces de l’INSA que de maintenir un haut niveau de recherche en corrosion en particulier et en Ingénierie en général pour pouvoir contribuer, même modestement, à l’accompagnement sur la durée de personne frappées aussi durement. C’est assurément une autre façon de porter nos valeurs d’ingénieurs ou chercheurs-citoyens. 

Il aura fallu 2 ans de travail pour aboutir à la naissance d’un groupe de recherche national (GDR) dans le domaine de « l’homme réparé ». L’objectif ? Structurer et rendre plus visible la recherche sur les thématiques associées à la réparation et la régénération de l’humain et répondre à des enjeux majeurs du mieux-vivre, comment et pourquoi.

Jérôme Chevalier peut enfin l’annoncer depuis le 1^er janvier 2018, un groupe de travail est lancé sur des thématiques qui lui sont chères, autour de « l’homme réparé ». Directeur du laboratoire MATEIS (INSA-Lyon, UCBL1, CNRS), il est aussi un des promoteurs et le directeur officiel de cette nouvelle entité soutenue par le CNRS, aux côtés de deux collègues de l’INSERM (Joëlle Amédée et Didier Letourneur) et d’un praticien hospitalier Didier Mainard. La création de ce GDR aura permis de faire un état des lieux des forces de la recherche en présence sur ce domaine : plus de 100 laboratoires ont été recensés en France, de petites ou de moyennes tailles, œuvrant au quotidien pour la réparation de l’homme, un enjeu majeur de notre société.

« Il y a aussi un tissu national de PME et micro-entreprises en France qui ont des besoins auxquels peuvent répondre les labos et il fallait pouvoir les mettre en lien. On sait aussi que la France est peu représentée dans certaines instances internationales, alors qu’elle est pionnière dans plein de domaines de l’ingénierie. Les orthopédistes français figurent par exemple parmi les précurseurs de la prothèse de la hanche. Ce GDR va permettre de gagner en visibilité à la fois sur le territoire national et international » explique Jérôme Chevalier.

Chercher oui, mais pour répondre aux enjeux de la Société
Derrière cette structuration des forces de la recherche dans le domaine de la réparation de l’humain, c’est bien la question du « chercheur citoyen » qui est abordée. Chercher oui, mais dans l’optique où les dispositifs qui verront le jour seront bien adaptés aux besoins de la société.

« Nous avons besoin de connaître les besoins des patients, des praticiens et aussi des industriels, qui eux doivent répondre à des problématiques socio-économiques qui vont garantir l’arrivée sur le marché de nouveaux dispositifs. Il s’agit d’optimiser toute la chaîne de création, de la découverte de l’idée jusqu’au lit du patient, en mettant en relation les laboratoires académiques avec les associations de patients, les chirurgiens et les industriels » précise Jérôme Chevalier.

Evaluer le degré d’acceptation de ces nouveaux dispositifs par la population
Pour cela, le GDR a également pour mission d’assurer une veille scientifique sur l’aspect sociétal des différents travaux de recherche engagés, qui vont devoir prendre en compte le vieillissement de la population, ses attentes, et son regard par rapport à l’émergence de nouveaux dispositifs.

« Nous voulons créer plusieurs groupes de travail, dont un plutôt orienté Sciences Humaines et Sociales, pour chercher à anticiper le degré d’acceptabilité des gens par rapport à ces nouveaux dispositifs. Est-ce qu’un patient préférera un implant classique ou un organe créé in-vitro puis implanté dans son corps ? » interroge Jérôme Chevalier.

Les champs de recherche du GDR
Développer de nouveaux biomatériaux et procédés de fabrication de ces matériaux
Il s’agit par exemple de développer la fabrication additive de biomatériaux et dispositifs médicaux. Chaque humain est différent, avec une morphologie différente et l’impression 3D par exemple répond à ce type de problématique.

Développer des objets connectés
C’est par exemple la création de prothèses connectées de genou ou de hanche qui peuvent envoyer un signal sur leur état de fonctionnement.

Réparer : le rôle des prothèses
Il s’agit de réparer l’humain le mieux possible avec les prothèses les plus durables possible.

Régénérer l’humain ou stimuler l’auto-réparation
C’est aider l’homme à s’auto-réparer. Aider les tissus à se consolider où à se refaire, avec l’ingénierie tissulaire de la peau et l’ingénierie tissulaire osseuse.

Développer l’imagerie du vivant en interaction avec des dispositifs médicaux et l’imagerie des dispositifs médicaux.

Réalisation de pièces de précision par la technique de Robocasting (© Erik Camposilvan, collaboration MATHYM-MATEIS). 

Architecture d’un substitut osseux réalisé en fabrication additive (Crédit Laurent Gremillard, MATEIS)

Pour approfondir : Let's get started, le numéro n°2 du Magazine #57 traite de la durabilité.





 

Inauguré en mai 2015, le laboratoire commun public-privé LEAD vient d’être reconduit pour une période de 18 mois à compter de janvier 2018. Une très bonne nouvelle pour le laboratoire MATEIS et l’entreprise Anthogyr qui développent ensemble des matériaux innovants pour applications dentaires.

CONSO-LEAD, c’est même le nouveau nom de ce laboratoire commun qui bénéficie de 18 mois de plus pour pouvoir aller jusqu’à la commercialisation des nouveaux produits qu’il a conceptualisés.

Créé pour promouvoir la recherche et l’innovation dans le domaine des biomatériaux à usage dentaire, le LEAD (pour Laboratoire d’Excellence pour Applications Dentaires) a pu bénéficier durant ses trois premières années d’activité d’une subvention de l’agence nationale de la Recherche (ANR) à hauteur de 300 k€. Avec cette prolongation, il va pouvoir poursuivre son but, en bénéficiant d’une subvention de l’ANR équivalente à l’investissement de la société Anthogyr.

« Le LEAD a vu le jour pour permettre de développer des nouveaux produits dans le domaine des dispositifs médicaux dentaires et de créer des emplois pour faire vivre l’activité. 3 ans, c’est trop court pour lancer la phase de commercialisation, les durées d’introduction sur le marché médical étant souvent plus longues, explique Damien Fabrègue, responsable scientifique du LEAD. On a donc un peu plus de temps pour arriver sur le marché ! »

D’autant plus que certains produits innovants sont quasi prêts à faire leur entrée commerciale. « Nous proposons des implants et des prothèses dont les propriétés ont été optimisées, sachant qu’il s’agit d’alliages métalliques biomédicaux ou de céramiques à base de zircone. Nous avons cherché à les rendre plus résistants à long terme, plus stables dans le temps et mieux intégrés aux tissus. Par exemple, nous essayons de modifier l’alliage de titane habituellement utilisé par un traitement thermique innovant qui permettrait de gagner en résistance et donc pouvoir utiliser des implants moins invasifs pour améliorer la vie des patients » précise Damien Fabrègue.

Voici des exemples d’implants de la société Anthogyr

CONSOLEAD est composé de 11 personnes, 6 du laboratoire MATEIS, 4 d’Anthogyr, et d’un ingénieur embauché pour ces 18 prochains mois.

« Nous avions recruté une première personne, Aléthéa Liens, qui poursuit actuellement une thèse CIFRE sur les problématiques communes entre les matériaux métalliques, ma spécialité de recherche, et la céramique, spécialité de recherche de Jérôme Chevalier, directeur de MATEIS. Grâce à la création du LabCom, de nouvelles connexions sont nées, notamment avec l’Université de Leoben en Autriche et celle de Birmingham en Angleterre, que je rencontre très prochainement pour aller plus avant » conclut Damien Fabrègue.

La discipline est à l’honneur en cette fin d’année à l’INSA Lyon, qui s’apprête à décerner 3 diplômes de Docteur Honoris Causa à des personnalités de rang international dans le domaine.

3 questions à Bernard Normand, enseignant-chercheur à l’INSA Lyon spécialisé en science des matériaux.

Quelle est la place des sciences des matériaux à l’INSA Lyon ?
L’INSA est une école qui a toujours su être visionnaire et s’adapter aux tendances. Elle a évolué avec son temps, et continue de le faire, aussi bien au niveau de la recherche que du développement.

Au départ, le département SGM (Sciences et Génie des Matériaux) était constitué de disciplines dont les contours étaient bien définis, à l’instar de la chimie, la physique, la mécanique, etc. Il était alors le département de Physique des Matériaux. Peu à peu, et notamment au début des années 1980, on a observé une mutation qui accompagnait le métier d’ingénieur et une évolution vers la Science pour l'Ingénieur et donc vers la Science des Matériaux, une vision beaucoup plus ingénierie qui inclut "les procédés" et "la durabilité". C’est ainsi qu’au début des années 1990, le département a été rebaptisé le Département de Science et Génie des Matériaux.

L’une de ses grandes forces a été de s’appuyer sur plusieurs laboratoires : l’INL (Institut des Nanotechnologies), l’IMP (Ingénierie des Matériaux Polymères) et MATEIS (Matériaux, Ingénierie et Sciences). Une spécificité de l’INSA Lyon qui permet de couvrir toutes les classes des matériaux et un large spectre de fonctionnalités… Pour répondre ainsi à toute cette évolution de l’ingénierie, qui s'inscrit dans l'intérêt croissant qu'ont d’autres laboratoires, comme le LAMCOS ou encore le CETHIL, AMPERE, GEOMAS, etc., pour l'intégration des matériaux dans leurs recherches.

De mon point de vue, ces évolutions que portent l'INSA sont en miroir de l'évolution de la science des matériaux. En effet, les préoccupations de l'ingénieur d'aujourd'hui sont placées au centre de l'interaction des disciplines mais correspondent également aux réponses technico-économiques. Et tout ceci est en phase avec ce qui est illustré par les grands thèmes de la Recherche INSAlienne à savoir : le transport, l’énergie, la santé, pour ne citer que ceux-ci. La question est donc, qu'est-ce qu'on fait sans les matériaux pour envisager un produit industriel ? rien !

Qu’est-ce qu’un ingénieur spécialisé en Sciences et Génie des Matériaux ?
Quand on pense matériaux, on pense souvent à une fonctionnalité, comme la mécanique ou encore la semi-conductivité. Mais il faut compter sur la combinaison d’autres fonctionnalités comme la chimie, la physique ou la thermique, par exemple… Que les collègues d’autres disciplines me pardonnent, j’ai peur d’en oublier… Je dis à mes étudiants qu’un ingénieur en Science des Matériaux doit gérer la complexité de la multifonctionnalité.

Le but de notre formation est donc de diplômer des ingénieurs qui restent généralistes, et pluri-compétents, avec bien sûr une spécialisation Matériaux. Elle leur permet de mener une approche systémique dans l’optimisation et la définition des matériaux et des procédés avancés d’élaboration.

Les étudiants sont très enthousiastes à l'idée de suivre ces formations pour intégrer des entreprises nationales qui ont besoin de notre modèle d'ingénieur-matériaux. Le modèle s’exporte aussi très facilement et est même recherché par les entreprises dans le monde entier. 

Que va-t-il se passer le 7 décembre prochain à l’INSA Lyon ?
L’INSA Lyon décerne 3 diplômes de Doctorats Honoris Causa, un titre honorifique que l’on décerne rarement à trois lauréats en même temps ! Il s’agit de personnalités qui comptent beaucoup dans la longue liste des partenariats internationaux du laboratoire MATEIS à savoir : Niels de Jonge, de l’Université de Saarland, Yukitaka Murakami, de l’Université de Kyushu et Antoni P. Tomsia, de l’Université de Californie seront donc honorés. Ils ont la particularité de partager les valeurs de transmission et d’humanité que défend l’INSA. C’est pourquoi il était important de le faire en cette année anniversaire de l’INSA, qui fête ses 60 ans. C’est une formidable occasion de mettre à l’honneur les 40 ans de formation en Science des Matériaux et les 10 ans du laboratoire MATEIS.

Le programme du 7 décembre 2017

Le déroulé des interventions est construit pour refléter la structuration matricielle du laboratoire MATEIS en 6 équipes de recherche : 3 équipes dont le champ recouvre une classe de matériaux, et 3 équipes qui présentent une activité générique. Les interventions des chercheurs et des Docteurs Honoris Causa sont positionnées en fonction de cette structure.

La terre crue pour remplacer la construction classique en agglomérés et réduire les dépenses énergétiques ? C’est à l’étude au Tchad et au Burkina Faso grâce à la recherche accompagnée par l’INSA Lyon.

Dans l’œil du Centre National pour la Recherche et le Développement (CNRD) du Tchad : l’habitat traditionnel et plus particulièrement les dépenses énergétiques de ces constructions qui atteignent des sommets tout au long de l’année. En effet, températures fortes et soleil constant engendrent une surconsommation des climatiseurs, qui finissent eux-mêmes par chauffer les parois des habitations et autres bureaux, ajoutant ainsi à la chaleur ambiante.

« Nous aimerions gagner 5 à 6 degrés à l’intérieur de l’habitation, en allant vers l’utilisation de certains matériaux locaux comme la terre crue, explique Jean-Yves Champagne, chercheur à l’INSA Lyon très impliqué dans la recherche au Tchad. Nous sommes en train de construire une cellule expérimentale d’un habitat en BTS, Briques de Terre Stabilisée, à N’Djamena, au sein du CNRD. Elle est montée juste à côté d’un bâtiment existant de composition « béton », très classique au Tchad, pour nous permettre de mettre les deux constructions en comparaison. Les 4 faces seront analysées au fil du temps pour parvenir à envisager des solutions plus viables thermiquement » précise Jean-Yves Champagne.

Terre crue ou béton aggloméré ? C’est ce que doit déterminer le projet CABET (Construction Alternative Basse Energie) accompagné par le Fonds de Solidarité Prioritaire mis en place par le Ministère des Affaires Etrangères français. Les résultats de ce projet ont pour intérêt de pouvoir guider ensuite la construction de Centres d’Apprentissage de la Langue Française dans deux villes du Tchad, Mongo et Moundou.

« On construit cette cellule expérimentale avec une approche évolutive, ce qui nous laisse la possibilité de nous adapter progressivement et de l’équiper ou non d’un plancher isolant, de fenêtres à double vitrage ou d’isolation des murs et du plafond. Cette approche environnementale nous amène à utiliser des matériaux locaux traditionnels avec des renforts en fibre végétale » ajoute Jean-Yves Champagne.

Cette recherche sur l’habitat en terre crue est accompagnée par des travaux de recherche sur les matériaux menés à l’INSA Lyon par Elodie Prud’homme, Maître de Conférences au Département Génie Civil et Urbanisme et chercheuse au laboratoire MATEIS (Sciences des Matériaux) qui travaille sur le même type de projet au Burkina Faso, à Ouagadougou, plus précisément à l'école 2iE.

Cette approche scientifique, qui accompagne une doctorante, permettra de comparer les deux sites qui présentent quasi le même climat mais avec des matériaux d’habitats différents, et déclencher la réflexion sur le développement de quartiers éco-environnementaux dans les deux villes concernées par l’expérience.

Dans le cadre d’une collaboration avec deux universités anglaises de renom (Imperial College London et Queen Mary University London), Sylvain Meille et Jérôme Chevalier, chercheurs au laboratoire MATEIS, ont participé à la mise au point de nouvelles céramiques plus résistantes et permettant un autodiagnostic. Ces travaux font l’objet d’une publication dans la revue Nature Communications.

Entretien avec Sylvain Meille.

Que représente pour vous une publication dans Nature Communications ?
Nature Communications est un journal affilié au célèbre journal Nature et lorsque nous sommes publiés dans ces pages, nous bénéficions d’une belle visibilité. C’est rare et on est très content ! D’autant plus que cet article est en open-access et peut être consulté par tout le monde.

Sur quoi porte cet article ?
Il illustre une belle collaboration européenne entre le laboratoire MATEIS de l’INSA Lyon et deux universités anglaises prestigieuses. En effet, nous avons reçu dans notre laboratoire un doctorant, Claudio Ferraro, recruté dans le projet européen Biobone (réseau Marie Curie). La particularité de ce réseau est de nous amener à choisir un doctorant non originaire du pays dans lequel il effectue sa thèse. Claudio est napolitain, il a effectué sa thèse à l’ Imperial College London. Au cours de sa thèse, il a passé 6 mois au laboratoire MATEIS au cours desquels nous avons travaillé ensemble. Avec Jérôme Chevalier, directeur du laboratoire MATEIS, nous avons participé à la mise au point de nouvelles céramiques multifonctionnelles. Plus précisément, nous avons participé à la caractérisation mécanique de nouveaux matériaux bio-inspirés. C’est l’objet de la publication.

Qu’avez-vous concrètement découvert ?
Un matériau qui conduit bien l’électricité et qui est très résistant mécaniquement. En somme, une combinaison de propriétés originale ! Grâce à une microstructure composite, ce matériau possède un réseau interconnecté de graphène avec une matrice en verre d’oxycarbure de silicium. On a découvert qu’il présentait une conductivité électrique très supérieure à d’autres composites céramiques suite à la présence du réseau interconnecté de carbone.

En terme d’application, cela offre la possibilité d’autodiagnostic d’une structure. Je schématise : si mon matériau est sain, il est conducteur d’électricité. S’il est défectueux, je peux le savoir parce qu’il sera moins conducteur.

Dans un même temps, les interfaces entre le graphène et la matrice permettent également un effet de renforcement mécanique en déviant les fissures, évitant ainsi une rupture fragile et brutale, comme il a été observé sur la nacre des coquillages. Etudier ce qui se passe dans le vivant et s’en inspirer pour fabriquer des matériaux innovants, c’est ce qu’on appelle la bio-inspiration.

Pour en savoir plus :

• Using graphene networks to build bioinspired self-monitoring ceramics, OT. Picot, VG. Rocha, C. Ferraro, N. Ni, E. D’Elia, S. Meille, J. Chevalier, T. Saunders, T. Peijs, MJ. Reece, E. Saiz, Nature Communications, 8, 14425 (2017)
  MATEIS : mateis.insa-lyon.fr

Réseau de graphène avant imprégnation par la matrice, barre d’échelle 100 µm

Illustration de la déviation de fissures aux interfaces, barre d’échelle 50 µm (image d) et 2 µm (f)

Dans le cadre de l’appel à projets « IMPUSION 2017 », le comité scientifique du PALSE, Programme Avenir Lyon Saint-Etienne, a sélectionné la candidature de Guilhem Baeza en retenant son projet ouvrant la voie à l’élaboration de nouveaux élastomères hautement recyclables.

La somme de 75 000 euros a ainsi été attribuée à l’équipe de recherche PVMH (Polymères, Verres et Matériaux Hétérogènes) du laboratoire MATEIS pour une durée d’un an à compter du 1er janvier 2017.

3 questions à Guilhem Baeza.

Qu’est-ce que l’appel à projets « IMPULSION 2017 » ?
Chaque année, tous les chercheurs arrivant sur Lyon ou Saint-Etienne et qui n’ont pas passé les 4 dernières années sur ces territoires peuvent répondre à cet appel à projets afin de « booster » leur implantation. C’était mon cas. J’ai été recruté cet été à l’INSA Lyon pour occuper mon premier poste de Maître de Conférences, au département Science et Génie des Matériaux, tout en poursuivant mes recherches au laboratoire MATEIS.

J’ai passé les 6 premiers mois de l’année 2016 à l’Université de Leeds, en post-doc, sur l’élaboration de polyélectrolytes solides pour les batteries Li-ion. Avant cela, j’avais travaillé deux ans en Crète sur un projet européen mêlant une dizaine de partenaires spécialistes des réseaux supramoléculaires. Ingénieur diplômé du Politecnico de Turin, j’ai poursuivi une thèse CIFRE avec Michelin et l’Université de Montpellier et connaissais bien entendu l’INSA Lyon de réputation.

Pouvez-vous présenter votre projet ?
Mon projet, « Des matériaux polymères nano-architecturés innovants pour une industrie durable », a été spécialement écrit pour répondre à cet appel à projets. Dans ce cadre, je travaillerai sur une famille de matériaux, les élastomères thermoplastiques, ayant des propriétés mécaniques semblables à celles du caoutchouc à température ambiante (flexibilité, stabilité chimique…) mais pouvant être fondus autour de 150°C. Ces caractéristiques offrent une alternative sérieuse aux élastomères dits vulcanisés (infusibles) en terme de recyclage, une problématique qui concerne particulièrement le vaste monde des matériaux « plastiques ».

Ce projet a la particularité de réunir un grand nombre d’acteurs, pour la plupart d’anciens collaborateurs avec qui j’ai eu le plaisir de travailler durant mes expériences de post-doctorat. Ainsi, le groupe industriel néerlandais DSM (Maastricht) fournira les polymères synthétisés à façon. Des partenariats en Grèce (Héraklion) et en Belgique (Louvain-la-Neuve) nous serons aussi très utiles pour caractériser leurs propriétés mécaniques. Nous nous rendrons également en Allemagne (Halle) pour sonder la dynamique moléculaire de ces matériaux par Résonnance Magnétique Nucléaire, me permettant, en outre, de me perfectionner à l’utilisation de cette technique avant de l’importer à MATEIS via l’acquisition d’un spectromètre bas-champ.

Quel regard portez-vous sur ce genre de dispositif mis en place par l’Université de Lyon en direction de la Recherche ?
Je suis très heureux d’avoir eu l’opportunité de postuler et d’avoir été choisi. Je tiens d’ailleurs à remercier Laurent Chazeau (chef d’équipe PVMH) et Jérôme Chevalier (directeur de MATEIS) pour leur soutien. En France, les chercheurs prennent leur poste sans dotation, si ce n’est de quoi s’équiper d’un ordinateur, contrairement à d’autres pays (notamment les Etats-Unis) où le poste s’accompagne d’un budget alloué à la recherche. Grâce à ce programme, j’ai la chance de pouvoir démarrer mes activités dans de très bonnes conditions.

« IMPULSION 2017 » présente aussi l’intérêt d’être tourné vers l’international et d’encourager de facto les partenariats permettant d’élever le niveau des recherches. Travailler dans ce contexte est très enrichissant aussi bien professionnellement que personnellement et j’espère vivement pouvoir développer mon parcours sur ce type de projets multi-approches.

Ingénieur diplômé en 2015 du département Génie Mécanique Développement, Guillaume Vouaillat, en thèse aux laboratoires LaMCoS, MATEIS et LabECAM a reçu le prix du Best Poster lors du 43ème Leeds-Lyon Symposium on Tribology (The Jost Report – 50 years on, Leeds, Grande-Bretagne, 6-9 septembre 2016). Ses travaux de recherche concernent l’étude du micro-écaillage, un type de défaillance particulier pouvant survenir sur des engrenages présentant des rugosités excessives. Son poster était intitulé :"Analysis of Rolling Contact Fatigue on Aeronautic Gears". Entretien.

Pouvez-vous résumer en quelques mots votre travail de thèse ?
Mon travail s'inscrit dans le cadre de la Chaire SAFRAN (Safran Transmission Systems) - INSA de Lyon - ECAM Lyon intitulée : "Innovative Mechanical Transmissions for Aeronautics". Il s'agit en fait d'étudier plus en profondeur les engrenages d'une transmission de puissance (quasi-similaire à une boîte de vitesse automobile) disposée sur les réacteurs fabriqués par le groupe. Je m'intéresse tout particulièrement à un type de défaillance qui peut survenir autant sur les systèmes en contact (roulements, engrenages, etc.) des éléments aéronautiques que dans d'autres milieux industriels (automobile par exemple).
L'objectif de l'étude est donc de comprendre ce phénomène et ses origines à l'intérieur du matériau par des observations expérimentales et de traduire ces analyses dans un modèle numérique qui sera fourni au partenaire industriel en fin de Thèse.

Que ressentez-vous suite à cette distinction ?
Tout d'abord et avant tout une grande fierté!
La fierté que mon travail soit reconnu à cette échelle pour un projet ayant débuté il y un an seulement. C'est vrai que l'on se rend compte à ce moment de l'importance d'un tel travail lorsqu'il est choisi pour son caractère innovant et pour les attentes qu'en ont les auditeurs. Car c'est sûr, une récompense donne un coup de fouet et de motivation immense pour la suite des recherches que l'on sait suivies. Je suis aussi fier que grâce à moi et par votre intermédiaire, on puisse s'intéresser l'espace de quelques minutes à la Tribologie, aux engrenages, aux roulements qui compensent leur caractère peu "sexy" par leur importance dans les études industrielles d'aujourd'hui et de demain.

Ensuite, de la reconnaissance envers tous mes directeurs de Thèse et encadrants industriels pour le temps qu'ils m'accordent, pour le fait qu'ils m'aient proposé cette Thèse et pour tous les bons moments qui resteront à la fin. Envers mes prédécesseurs du LaMCoS qui ont pris du temps en début de Thèse pour me transmettre leur savoir. Envers tous les autres collègues qui font du quotidien un moment heureux à partager.

Je suis enfin très heureux d'avoir remporté finalement le prix du Best Poster à cette conférence et reconnaissant envers Jenna, la personne en charge de la coordination de l'évènement à Leeds, qui pour l'anecdote (qui fait toujours autant rire mon directeur de Thèse) a rectifié en ma faveur l'inscription que j'avais réalisée pour l'année 2017 (soit la conférence de l'an prochain qui se déroulera à Lyon).

Quelle sera la suite de votre parcours ?
Concernant la Thèse, la période de deux ans restante doit me permettre d'approfondir les résultats relatifs à la problématique de la Thèse; ceci par de nouvelles observations expérimentales réalisées en partenariat entre le LaMCoS et MATEIS ainsi que par la traduction de ces analyses dans le modèle numérique.
A plus long terme, j'envisage toujours plusieurs possibilités : la Recherche en entreprise et possiblement chez SAFRAN ou la Recherche Universitaire et l'Enseignement avec lesquels je me familiarise avec les TP de dynamique effectués pour les 3GM (que je salue).

Légende photo
Le prix du Best Poster a été remis à Guillaume Vouaillat par le Pr. Emérite Duncan Dowson de l’Université de Leeds.