L’ingénierie pour les matériaux du futur

Structures maçonnées modèles en forme d’arche, composées de briques en silicone recouvertes d’un mouchetis très fin (dépôt de poudre métallique). Ce mouchetis permettra de remonter au champ de déplacement après corrélation d’images. Les différentes structures ayant chacune subi des essais de compression, les champs de déformation et de déplacement expérimentaux sont ensuite comparés avec ceux obtenus numériquement. L’objectif est de réaliser des expériences permettant de valider les codes de…

Essai de compression d’une structure maçonnée modèle en forme d’arche. Le dispositif expérimental associe une machine permettant la compression de l’arche et un scanner. A chaque pas de chargement, une image est prise par le scanner. Ensuite, un algorithme de corrélation d’images numériques est utilisé pour suivre l’évolution des champs de déplacement puis de déformation de chaque brique de l'arche. L’objectif est de réaliser des expériences permettant de valider les codes de calculs développés…

Essai de compression d’une structure maçonnée modèle en forme d’arche. Le dispositif expérimental associe une machine permettant la compression de l’arche et un scanner. A chaque pas de chargement, une image est prise par le scanner. Ensuite, un algorithme de corrélation d’images numériques est utilisé pour suivre l’évolution des champs de déplacement puis de déformation de chaque brique de l'arche. L’objectif est de réaliser des expériences permettant de valider les codes de calculs développés…

Visualisation stylisée d’une simulation atomique d'un alliage à haute entropie, c'est-à-dire composé de plusieurs éléments en proportions égales, ici du fer, du chrome, du nickel, du manganèse et du cobalt. Les atomes de différentes natures sont représentés avec des couleurs différentes. Comme la majorité des alliages métalliques, ce système est cristallin à l'état solide : les atomes sont arrangés de façon répétitive dans l’espace, le long de colonnes atomiques visibles sur cette image. Dans…

Visualisation stylisée d’une simulation atomique d'un alliage d'aluminium et de magnésium, dont les atomes sont représentés en bleu et jaune, respectivement. Cet alliage se trouve à l’état de solide cristallin : les atomes présentent un arrangement répétitif, très régulier dans l’espace. Dans cette simulation, le cristal abrite un défaut appelé dislocation qui est mis en valeur suivant la diagonale de l’image. Le mouvement des dislocations au sein de l'alliage conduit à la déformation plastique…

Visualisation stylisée d’une simulation atomique d'un alliage à haute entropie, c'est-à-dire composé de plusieurs éléments en proportions égales, ici du fer, du chrome, du nickel et du manganèse. Les atomes de différentes espèces sont représentés avec des couleurs différentes. Comme la majorité des alliages métalliques, ce système est cristallin à l'état solide. Dans cette simulation, le cristal abrite un défaut appelé dislocation (mis en valeur le long de la diagonale de l’image) qui perturbe…

Visualisation stylisée d’une simulation atomique d'un alliage d'aluminium et de magnésium, dont les atomes sont représentés en bleu et jaune, respectivement. Cet alliage se trouve à l’état de solide cristallin : les atomes présentent un arrangement répétitif, très régulier dans l’espace, comme en témoignent les colonnes atomiques bien visibles sur cette image. Dans cette simulation, le cristal abrite un défaut appelé dislocation (visible en haut à droite de l'image) qui perturbe et rompt…

Cette palette de couleurs, qui ne dépareillerait pas au milieu des œuvres d'art d'une galerie, représente en fait la déformation d’un acier à l’échelle du micromètre (10-6 m). Les grains de matière se sont allongés à l’horizontale, finissant par se fragmenter… ce qui, paradoxalement, augmente la résistance du matériau et retarde sa rupture. Des expériences précieuses pour améliorer les matériaux de nos véhicules. Cette image fait partie des lauréats du concours Mécapixel 2021.

Essai de compression diagonale permettant d’évaluer la résistance au cisaillement d'un panneau en maçonnerie. Un déplacement constant est appliqué le long de la diagonale verticale via deux sabots en forme de L. Le sabot inférieur est fixé sur la plateforme tandis que le sabot supérieur est déplacé par un vérin, lui-même fixé à la plateforme via un portique. Pour enregistrer le comportement de l'échantillon de maçonnerie, cet essai utilise la corrélation d'images multivue et multiéchelle, à l…

Mousse solide de polymère dont les pores de 3 mm sont fermés par de fines membranes. Les mousses solides membranaires sont des mousses de polymère obtenues après solidification d’une mousse liquide. Les pores de ces matériaux sont délimités par des membranes de quelques micromètres qui ont perdu leur élasticité après le processus de solidification. Les pores fermés modifient drastiquement la propagation des ondes : les membranes n’étant pas élastiques, aucune résonnance n’est observée mais leur…

Réseau de fissures formé sur un film métallique tricouche chrome-cuivre-molybdène sur substrat souple et flexible, suite à un essai de traction biaxiale, observé au microscope. Les couleurs irisées sont liées à l’irrégularité nanométrique de la couche d'oxyde formée avec le temps à la surface de l’échantillon. Les interfaces et les contrastes mécaniques entre les couches des films de ce type devraient permettre d’améliorer la durabilité mécanique et électrique des dispositifs électroniques…

Transistor à effet de camp (FET) basé sur des hétérostructures Van der Waals de matériaux bidimensionnels, vu en microscopie. Ce composant pourrait représenter une solution durable et fiable pour la récupération d'énergie en microélectronique. La nanostructuration sur les plaques de graphène (en magenta) améliore considérablement l'efficacité de la conversion d'énergie par effet thermoélectrique de la structure. Cette image a participé au prix de l'image Art & Science C'Nano 2023, dans la…

Film d’alliage métallique contenant de l’aluminium, du titane et du cuivre, vu par microscopie électronique. La technique de dépôt est la pulvérisation plasma ; les conditions d’élaboration utilisées permettent la formation de pores de tailles différentes à une échelle nanométrique. La formation de ces pores est due à l’insertion d’un gaz très mobile, l’hélium, pendant la formation du film. Les atomes d’hélium ont tendance à se déplacer dans la structure du film et à s’agréger pour former des…

Forêt de nanotube de carbone vue du dessus. Ce matériau a été synthétisé par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à partir d’un substrat de silicium recouvert de nanoparticules, puis chauffé à haute température (600-1000 °C) dans un four tubulaire où un mélange de gaz a entraîné la croissance de nanotubes de carbone. Les nanotubes de carbone ont des propriétés exceptionnelles (conductivité électrique élevée, faible masse volumique, résistance mécanique remarquable, excellente résistance à la…

Nanotubes de carbone composant une forêt, par microscopie électronique à balayage (MEB). Les nanotubes de carbone ont des propriétés exceptionnelles (conductivité électrique élevée, faible masse volumique, résistance mécanique remarquable, excellente résistance à la corrosion…) et peuvent être filés sous forme de câble. Leur utilisation contribuerait à réduire notre dépendance aux métaux, notamment le cuivre et l'aluminium, utilisés dans les câbles métalliques pour le transport de l'électricité…

Échantillon de bétons mélangé à des coquillages pour expérimenter les caractéristiques de ce matériau bioinspiré qui participe à la valorisation des déchets. Les scientifiques étudient le comportement de différents types de matériaux face à des contraintes physiques représentatives de leurs conditions d'usage. Ces mesures permettent d'optimiser les compositions et techniques de fabrication de matériaux pour les rendre plus fiables et durables.

Échantillons de béton pour étudier sous rayons X leur comportement en milieu alcalin. Les scientifiques étudient le comportement de différents types de matériaux face à des contraintes physiques représentatives de leurs conditions d'usage. Ces mesures permettent d'optimiser les compositions et techniques de fabrication de matériaux pour les rendre plus fiables et durables.

Granulés de CareTips®. Ce polymère naturel constituant une alternative à certains plastiques traditionnels est fabriqué par la société Lactips. Biosourcé, biodégradable dans les différents milieux et hydrosoluble, il est produit à partir de caséine, une protéine de lait. Fabriqué sous forme de granulés, il est transformable par tous les procédés classiques de la plasturgie, pour en faire du film hydrosoluble (détergence, supports d'étiquettes), de l'enduction sur du papier apportant aux…

Cube en aluminium réalisé par fabrication additive métallique ou technologie SLM ("Selective Laser Melting" : fusion de poudre métallique par laser) sur la plateforme PRO3D. Ce procédé industriel d’impression 3D permet la fabrication en métal (aluminium, acier inoxydable…) de formes complexes qu’il est difficile, parfois impossible, d’obtenir avec des méthodes conventionnelles. La pièce 3D a été réalisée par couches 2D successives. Pour chaque couche, une fine épaisseur de poudre métallique est…

Fixation d’un plateau de fabrication à une machine d’impression 3D par fabrication additive métallique ou technologie SLM ("Selective Laser Melting" : fusion de poudre métallique par laser). Ce procédé industriel d’impression 3D permet la fabrication en métal (aluminium, acier inoxydable…) de formes complexes qu’il est difficile, parfois impossible, d’obtenir avec des méthodes conventionnelles. La pièce 3D est réalisée par couches 2D successives. Pour chaque couche, une fine épaisseur de poudre…

Imprimante par fusion de poudre métallique et local de commande extérieur de la plateforme PRO3D. Le procédé d’impression 3D par fabrication additive métallique ou technologie SLM ("Selective Laser Melting" : fusion de poudre métallique par laser) permet la fabrication en métal (aluminium, acier inoxydable…) de formes complexes qu’il est difficile, parfois impossible, d’obtenir avec des méthodes conventionnelles. La pièce 3D est réalisée par couches 2D successives. Pour chaque couche, une fine…

Structure poreuse en céramique favorisant la croissance osseuse. Le laboratoire MATEIS rassemble des équipes pluridisciplinaires (chimie, physique, mécanique…) qui étudient métaux, céramiques et polymères ainsi que leurs composites afin de développer des matériaux multifonctionnels pour la santé, l’énergie, le transport ou le bâtiment.

Structure 3D en céramique obtenu grâce au Premier appareil CERAMAKER installé en France sur la plateforme 3DFab de l’Axel’One Campus, par le laboratoire Matériaux : ingénierie et science (MATEIS). Ce laboratoire rassemble des équipes pluridisciplinaires (chimie, physique, mécanique…) qui étudient métaux, céramiques et polymères ainsi que leurs composites afin de développer des matériaux multifonctionnels pour la santé, l’énergie, le transport ou le bâtiment.

Pièce en céramique conçue par stéréolithographie par l’appareil CERAMAKER du laboratoire Matériaux : ingénierie et science (MATEIS), à partir d’une pâte contenant des particules céramiques et une résine photosensible. Première unité d'impression 3D dédiée aux céramiques installée dans un laboratoire français, sur la plateforme 3DFab de l’Axel'One Campus, le CERAMAKER peut créer des matériaux avec des parois d’une épaisseur de quelques micromètres de géométrie complexe, avec une précision…

CERAMAKER est la première unité d'impression 3D dédiée aux céramiques installée dans un laboratoire français sur la plateforme 3DFab de l’Axel'One Campus par le laboratoire Matériaux : ingénierie et science (MATEIS). Des objets en céramique y sont fabriqués par stéréolithographie, à partir d’une pâte contenant des particules céramiques et une résine photosensible. Cette technologie permet de créer des matériaux céramiques d'architecture complexe et d’une précision extrême, par couches…

Film d’aluminium poreux déposé par pulvérisation plasma, vu par microscopie électronique. Le film est très inhomogène, il est composé de motifs de hauteurs différentes dont certains ressemblent à des champignons. Sous forme nanostructurée, l’aluminium est très réactif avec l’eau et est une des voies de production d’hydrogène actuellement explorées. L’intérêt de ce type de film poreux et nanostructuré serait d’éviter d’avoir recours aux nanoparticules de ce métal, qui présentent un danger pour…

Fabrication d’une pièce en acier par le procédé de fabrication additive par fusion à l’arc électrique d’un fil métallique (WAAM). Le procédé WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) est une nouvelle technologie de création de pièces métalliques, utilisant une tête de soudage à l’arc électrique couplée à un robot. Le procédé de fabrication additive, communément appelé impression 3D, permet la fabrication de pièces par ajout de matière couche par couche, à l’inverse des méthodes plus…

Programmation d’un robot de soudage à l’arc pour la fabrication additive de pièces en acier par le procédé WAAM. Le procédé WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) est une nouvelle technologie de création de pièces métalliques, utilisant une tête de soudage à l’arc électrique couplée à un robot. Le procédé de fabrication additive, communément appelé impression 3D, permet la fabrication de pièces par ajout de matière couche par couche, à l’inverse des méthodes plus traditionnelles tel l’usinage…

Création d'une cellule de batterie lithium-ion (Li-ion) par fabrication additive (impression 3D). Le principe utilisé, appelé fused filament fabrication, repose sur le dépôt de matière en couches successives. Les tubes de guidage (à l'arrière) fournissent les composants de la batterie sous forme de filaments de matière première (dans l'ordre : collecteur de courant, électrode positive, séparateur, électrode négative, collecteur de courant). Ils sont réunis par un système de chargement (non…

Centre d’usinage 5 axes. Sont visibles l’outil rotatif et sa broche, le jeu de fluide de coupe et sur l’outil, la pièce et le dynamomètre qui mesure l'intensité d'une force. Un essai de fraisage est réalisé, avec un fluide de coupe et un capteur d’efforts de coupe où la pièce est attachée.