Suivi multi-échelle par mesure de champs (multi-modale) et identification par méthodes inverses des physiques mises en jeu lors de l’élaboration de composites par infusion de résine thermoplastique à température ambiante
ENVIRONNEMENT DU POSTE :
L’Institut Mines-Télécom est le 1er groupe public de Grandes Écoles d’ingénieur.e.s et de management de France. Constitué de huit Grandes Écoles publiques et de deux écoles filiales, l’Institut Mines-Télécom anime et développe un riche écosystème d’écoles partenaires, de partenaires économiques, académiques et institutionnels, acteurs de la formation, de la recherche et du développement économique.
Mines Saint-Étienne, École de l'Institut Mines-Télécom, est chargée de missions de formation, recherche, innovation, transfert industriel et culture scientifique. Avec 2 500 élèves, 500 personnels, et un budget de 50 M€, elle rayonne sur 3 campus dédiés à l’industrie des futurs, à la santé et au bien-être et à la souveraineté numérique et microélectronique. Elle est classée dans le top 15 des Ecoles d’ingénieurs Françaises et dans le Top 500 des Universités mondiales.
La stratégie 2023-2027 de Mines Saint-Etienne s’inscrit dans celle de l’Institut Mines Telecom. Elle a pour ambition :
Pour renforcer son action de recherche en élaboration de matériaux composites structuraux, elle recrute un(e) post-doctorant(e) dans le domaine du suivi et de l’identification des phénomènes physiques (mécanique des solides, mécanique des fluides, thermique, physico-chimie, …) mis en jeu à diverses échelles au cours de l’élaboration de composites par infusion de résine thermoplastique à basse température. Ce travail de recherche est co-financé par un soutien du Carnot M.I.N.E.S[1] et le Labcom ANR DISC-AER (https://www.linkedin.com/company/labcom-disc-aer/), laboratoire commun à Mines Saint-Etienne et à la société EENUEE qui développe un aéronef de transport régional à fuselage porteur et propulsion électrique (https://eenuee.com/). Ce travail de recherche sera mené dans un environnement dynamique[2] où des permanents et doctorants de Mines Saint-Etienne et EENUEE, mais aussi des autres écoles des Mines impliquées dans ce projet Carnot (IMT Douai, IMT Alès, IMT Albi) interagiront autour de la maîtrise des procédés par infusion utilisant des résines thermoplastiques de dernière génération. Des séjours courts et rencontres sur ces différents sites, ainsi que sur le site Arkema de Lacq (64), seront organisés au cours de ce post-doctorat.
DESCRIPTION DU POSTE :
Le poste est localisé sur le campus de Saint-Étienne, dans l’équipe MPE (Mécanique et Procédés d’Élaboration directe) du Centre SMS (Sciences des Matériaux et des Structures). L’un des domaines d’expertise de cette équipe est l’élaboration de matériaux (bio-)composites structuraux, et notamment la maîtrise du procédé d’élaboration pour atteindre les propriétés mécaniques visées. Fort de son expérience reconnue dans ce domaine, et notamment en lien avec le secteur aéronautique (notamment Chaire Hexcel – Mines Saint-Etienne, 2015-2022 ; 2,2 M€ ; 7 thèses et 2 post-docs https://www.mines-stetienne.fr/en/author/drapier/research-topics/) MPE intègre désormais les résines thermoplastiques de dernière génération (projet ANR LINEN et Labcom ANR DISC-AER), qui laissent entrevoir un bilan carbone tout à fait remarquable des structures composites produites (mise en œuvre à basse température, réparabilité, assemblage par soudage, recyclabilité, …) autant qu’une tenue à l’impact accrue et une modularité dans la conception grâce aux conditions d’élaboration envisagées (infusion, assemblage autogène).
Le procédé envisagé ici est l’infusion de résine, procédé peu coûteux et parfaitement adapté pour élaborer des pièces minces (de type coques) mais parfois assez complexe à mettre en place : une résine liquide imprègne un renfort fibreux sous l’action d’une simple dépression qui assure également la compaction de l’ensemble (les performances des structures composites sont liées au 1er ordre à leur ‘compacité’). Le renfort est constitué de fibres de carbone, éventuellement recyclées, de quelques dizaines de micromètres de diamètre. L’objectif est de caractériser l’imprégnation de la résine dans le réseau fibreux à diverses échelles (échelle de la pièce, échelle des renforts, échelle des fibres) et les interactions fluide-structure associées (gonflement macroscopiques, effets capillaires). Pour cela, un équipement de stéréo-corrélation dédié sera mis en place pour le suivi optique multi-échelle de l’imprégnation et de la saturation. A partir de ces mesures de champ cinématique par corrélation d’images numériques, et grâce à des modélisations numériques des mêmes mécanismes mises en place dans notre code de calculs par éléments finis interne, les paramètres contrôlant l’imprégnation seront identifiés par des méthodes inverses adéquates ; il s’agit notamment des perméabilités orthotropes, en régimes transitoire et saturé, ainsi que des pressions capillaires en jeu en régime transitoire.
Ce post-doc de 12 mois pourra être étendu à 18 mois, voire 24 mois, en fonction des résultats obtenus. Une seconde phase du projet pourrait en effet consister à travailler sur l’étape de polymérisation de la résine. Le suivi par stéréo-corrélation sera complété par un suivi par thermographie infrarouge, afin de caractériser la cinétique de polymérisation auxquels sont associés les retraits chimiques qui peuvent être conséquents dans le cas de la résine visée, et qui peuvent conduire à développer des contraintes résiduelles non-négligeables, néfastes pour le comportement mécanique de la pièce réalisée.
