Projets et collaborations

Le projet LabCom DISC-AER (2025 – 2030) est une collaboration entre le département Mécanique et Procédés d’Élaboration (MPE) de Mines Saint-Étienne et la start-up stéphanoise EENUEE, spécialisée dans l’aviation électrique. Soutenu par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) dans le cadre du programme Labcom 2024, ce laboratoire commun vise à développer un avion régional électrique de 19 places, nommé GEN-ee, conçu selon une configuration innovante de type « aile volante » (Blended-Wing-Body).

Enjeux et Objectifs

Le projet mobilise cinq enseignants-chercheurs du département MPE autour de problématiques liées aux composites haute performance. L’allègement structurel est un enjeu crucial pour l’aviation électrique, où la réduction de poids permet d’optimiser l’autonomie et l’efficacité énergétique. Dans ce cadre, les chercheurs travaillent sur :

• Utilisation de matériaux composites de dernière génération
  Remplacer des éléments métalliques traditionnels par des composites avancés, tout en garantissant des performances mécaniques optimales.
• Conception et fabrication modulaires des aérostructures
  Développer des méthodes permettant de réduire l’outillage nécessaire, facilitant ainsi la production et la maintenance.
• Mise en œuvre à faible coût énergétique
  Optimiser les procédés de fabrication pour qu’ils se déroulent à température ambiante, réduisant ainsi la consommation d’énergie.
• Assemblage et désassemblage facilités
  Concevoir des structures permettant une réparation aisée et un soudage autogène, améliorant la durabilité et la maintenance de l’avion.
• Recyclabilité et réemploi des matériaux
  Assurer que les résines et fibres utilisées soient recyclables, contribuant ainsi à la durabilité environnementale du projet.

Impact et Perspectives

La configuration en « aile volante » du GEN-ee devrait améliorer les performances aérodynamiques et réduire la consommation énergétique de 40 %. Le projet LabCom DISC-AER vise à positionner EENUEE comme un acteur clé du transport aérien électrique en France et en Europe. Il contribue également aux efforts de décarbonation du secteur aéronautique, en explorant des technologies qui pourraient être appliquées aux futures générations d’avions régionaux.

Grâce à cette collaboration, le département MPE renforce son expertise dans le domaine des composites et des structures allégées, consolidant son rôle dans le développement des matériaux du futur pour une aviation plus durable.

Le programme de recherche, doté d’un budget de 2 millions d’euros sur la période 2024-2029, prévoit également des investissements matériels significatifs et la réalisation de quatre thèses, dont trois en Conventions Industrielles de Formation par la Recherche (CIFRE).

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Caractérisation expérimentale et numérique de la fabrication de composites en lin par infusion liquide : des phénomènes locaux aux propriétés induites

Le projet, qui implique cinq enseignants-chercheurs du département Mécanique et Procédés d’Élaboration, vise à approfondir la compréhension des procédés de fabrication des biocomposites à base de fibres de lin, en combinant des approches expérimentales et numériques.

Objectifs du projet

• Caractérisation expérimentale : Étudier le comportement des renforts en fibres de lin lors de l’infusion de résine, en analysant l’imprégnation à différentes échelles, de la fibre individuelle à la structure composite complète.
• Modélisation numérique : Développer des modèles stochastiques par éléments finis pour simuler les écoulements multi-échelles dans les milieux fibreux biosourcés, permettant de prédire les propriétés finales des composites en fonction des paramètres de fabrication.

Méthodologie

Le projet adopte une approche intégrée, combinant des essais expérimentaux approfondis et des simulations numériques avancées. Deux thèses de doctorat sont prévues : l’une axée sur la caractérisation expérimentale des renforts en fibres de lin pendant l’infusion de résine, et l’autre sur la modélisation numérique des écoulements dans ces milieux fibreux. Un post-doctorat viendra également renforcer l’équipe pour approfondir ces recherches. 

Enjeux et perspectives

Les composites à base de fibres de lin offrent des avantages significatifs en termes de légèreté, de renouvelabilité et de performances mécaniques. Cependant, la variabilité naturelle des fibres de lin et la complexité des procédés d’imprégnation posent des défis pour garantir des propriétés mécaniques optimales et une qualité homogène des pièces produites. Le projet LINEN vise à lever ces verrous en fournissant des outils de caractérisation et de modélisation permettant d’optimiser les procédés de fabrication et d’assurer la fiabilité des structures en biocomposites.

En s’attaquant à ces défis, le projet LINEN contribuera à l’avancement des connaissances dans le domaine des biocomposites et soutiendra le développement de matériaux plus durables pour des applications industrielles variées.

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Frittage et biodegradation de céramiques en hydroxyapatite carbonatées pour la reconstruction des grands défauts osseux.

Débuté fin 2021, ce projet ANR « Jeunes Chercheuses et Jeunes Chercheurs », porté par une enseignante-chercheuse du centre CIS, implique également le département MPE en tant que partenaire, apportant son expertise sur le frittage.

Objectifs du projet

SiBio vise à développer et étudier le potentiel de biodégradation de biocéramiques personnalisées à base d’hydroxyapatite carbonatée (CHA) avec un réseau poreux à courbure de surface optimisée, destinées au traitement de défauts osseux de taille critique. Une architecture spécifique contenant des géométries de type gyroïde, connues pour favoriser le développement rapide d’os mature, sera étudiée. 

Méthodologie

L’élaboration d’implants en CHA nécessite une atmosphère de frittage riche en CO₂ pour stabiliser la phase jusqu’à une température permettant sa densification. Le frittage est donc une étape cruciale pour garantir la composition, la qualité mécanique finale des pièces et, par conséquent, leurs propriétés biologiques. Le projet comprend une étude approfondie du frittage réactif de pièces en CHA sous atmosphère mixte afin de contrôler la microstructure et la chimie finale. 

Partenariat avec le département MPE

Le département Matériaux et Procédés d’Élaboration apporte son expertise en matière de frittage, contribuant au développement de protocoles optimisés pour la densification des céramiques en hydroxyapatite carbonatée. Cette collaboration vise à assurer que les implants développés possèdent les propriétés mécaniques et biologiques requises pour la reconstruction de grands défauts osseux.

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European Joint Programme on Radioactive Waste Management

Le projet européen EURAD-2 est une initiative collaborative visant à approfondir les connaissances et à développer des solutions sûres pour la gestion des déchets radioactifs en Europe. Lancé en octobre 2024, ce programme fait suite au premier partenariat EURAD (2019-2024) et introduit de nouveaux thèmes de recherche, tels que l’effet du changement climatique sur la gestion des déchets et la performance des couvertures pour le stockage en surface. 

Au sein d’EURAD-2, deux enseignants-chercheurs et un ingénieur de recherche du département Mécanique et Procédés d’Élaboration sont impliqués dans un projet spécifique portant sur le scellement des conteneurs de déchets radioactifs. Ce projet vise à proposer des solutions innovantes en utilisant une source micro-ondes pour améliorer le processus de scellement.

L’utilisation des micro-ondes dans le scellement des conteneurs présente plusieurs avantages, notamment un chauffage contrôlé et localisé, permettant d’optimiser les propriétés des matériaux utilisés pour le scellement. Cette approche innovante s’appuie sur des recherches antérieures, telles que le procédé d’assemblage par chauffage micro-ondes à température modérée d’un matériau céramique alumino-silicaté pour les surconteneurs de déchets radioactifs.

La participation du département MPE à ce projet reflète son expertise dans le développement de procédés avancés et son engagement à contribuer à des solutions durables pour la gestion des déchets radioactifs.

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