Compréhension des mécanismes en jeu lors de l’indentation multi-échelles des alliages d’aluminium en vue de leur caractérisation mécanique avant réemploi

La caractérisation mécanique des matériaux est essentielle tout au long de leur cycle de vie. L’essai de traction uniaxiale, bien que très utilisé, nécessite des éprouvettes normalisées, ce qui peut poser des difficultés en termes de volume de matière disponible ou de contrainte d’extraction, notamment dans une optique de réutilisation durable.

Notre équipe de recherche propose le test d’indentation instrumentée comme alternative. Cette méthode consiste à enfoncer un indenteur dans le matériau sur quelques micromètres, mesurant en temps réel la force et la profondeur de pénétration. Les données sont analysées par le logiciel CaMMatI, développé avec le soutien de la SATT, permettant de déterminer les propriétés mécaniques habituellement obtenues par traction.

Le test d’indentation instrumentée offre plusieurs avantages : il ne laisse qu’une petite empreinte, nécessite peu de matière et ne demande pas d’éprouvette spécifique, une surface plane suffit. De plus, il est considéré comme non destructif grâce à un système portatif DIPo breveté, permettant des tests sur site sans démontage ni extraction. Dans le cadre d’une thèse CIFRE en cours avec le CTICM, le dispositif portatif DIPo, sur batteries, est utilisé sur chantier afin de caractériser des aciers de démolition pour leur réemploi direct, sans refusion.

Des travaux récents, notamment une thèse en collaboration avec le CETIM, ont montré que le test d’indentation instrumentée donne des résultats fiables et satisfaisants sur les aciers industriels, mais reste à améliorer pour les alliages d’aluminium.

La thèse a pour objectif d’étudier les mécanismes de déformations plastiques sous et autour de l’indenteur, grâce à nos équipements d’observation (microscope numérique 3D acquis dans le cadre du CPER en cours) et à nos bancs d’indentation aux échelles macro et micrométrique couplés à leur jumeau numérique, déjà mis en place. Une attention particulière sera accordée à l’impact de la structure atomique cubique à faces centrées (CFC), propre aux différentes familles d’alliages d’aluminium. La prise en compte de cette spécificité dans nos modèles et de la géométrie du bourrelet formé autour de l’empreinte devrait permettre d’apporter les compléments nécessaires à notre module d’analyse pour améliorer la fiabilité des résultats de caractérisation mécanique pour le cas des alliages d’aluminium. Une des finalités du projet est d’étendre le champ d’application de la méthode de caractérisation par indentation au cas des structures en alliages d’aluminium afin d’en favoriser la réutilisation dans une économie circulaire et bas-carbone.

Le LGCGM (Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique) est une Equipe d'Accueil (ex EA 3913) regroupant des enseignants-chercheurs et personnels techniques de l'INSA de Rennes et de l'Université de Rennes (IUT de Rennes et Saint-Malo).

Les recherches menées au sein du Laboratoire de Génie Civil et Génie Mécanique (LGCGM) abordent des problèmes liés à la construction des ouvrages et au comportement des sols, des matériaux ou des structures ainsi que des sujets liés à l’optimisation des outils de production industrielle (mise en forme et assemblage de pièce, conception et étalonnage, commande de robots manipulateurs). 

Les activités s'articulent autour de six axes thématiques de recherche :

Matériaux pour la l'éco-construction

Energétique des bâtiments : Performances des Systèmes et Matériaux associés, et Qualité des Ambiances 

Mécanique des matériaux et procédés

Etalonnage et commande des systèmes robotisés 

Matériaux hétérogènes, fluides et transferts 

Ingénierie des structures métalliques, mixtes et hybrides

La thèse de déroulera dans l'axe 3 : Mécanique des matériaux et Procédés.

• Diplôme d’ingénieur et/ou master en mécanique, Génie Mécanique ou science des matériaux.

• Un goût prononcé à la fois pour la recherche expérimentale et la simulation numérique.

• Des connaissances en mécanique du contact seront appréciées.

• Très bonne aptitude à la communication orale et écrite en français et en anglais.