Recherche

Physique et Mécanique pour la Métallurgie (PMM)

Responsable

Guillaume Kermouche
Tél. : 04 77 42 00 74
guillaume.kermouche@mines-stetienne.fr

Thématique de recherche

Notre équipe se foca­lise sur la com­pré­hen­sion des évo­lu­tions micro­struc­tu­rales en cours de trai­te­ments ther­mo­mé­ca­niques d’alliages métal­liques. La fina­li­té, à la fois industrielle et aca­dé­mique, de nos tra­vaux est l’optimisation des micro­struc­tures notam­ment en vue de l’amélioration des pro­prié­tés méca­niques d’usage. Plus par­ti­cu­liè­re­ment, nous déve­lop­pons une approche multi‐​échelle per­met­tant de trai­ter à la fois les phé­no­mènes se pro­dui­sant à l’échelle de la micro­struc­ture et la modé­li­sa­tion macro­sco­pique des pro­cé­dés, en inter­ac­tion forte avec son ter­ri­toire (Labex Manutech‐​SISE, Pôle de com­pé­ti­ti­vi­té Via Méca, com­mu­nau­té RAFAM…).

Notre acti­vi­té repose sur quatre compétences‐clés :

  • l’élaboration et la trans­for­ma­tion des maté­riaux modèles et indus­triels pour accès à des échan­tillons de maté­riaux de l’ordre de la dizaine de kilogrammes ; 

  • la carac­té­ri­sa­tion de la rhéo­lo­gie par des che­mins com­plexes, contrô­lés et repré­sen­ta­tifs des pro­cé­dés de trai­te­ments ther­mo­mé­ca­niques étudiés ;

  • la carac­té­ri­sa­tion fine de la micro­struc­ture à l’aide d’outils de micro­sco­pie élec­tro­nique à balayage et à trans­mis­sion cou­plés aux tech­niques d’analyses chi­miques (EDX), cris­tal­lo­gra­phiques (EBSD et dif­frac­tion et rayons X) et méca­niques (nanoin­den­ta­tion, microcompression) ;

  • la modé­li­sa­tion des évo­lu­tions micro­struc­tu­rales en se basant sur des approches méso­sco­piques (champs moyens) et/​ou micro­sco­piques (champs com­plets, plas­ti­ci­té cristalline).

Schéma de la méthodologie d'étude et des compétences-clés.

Méthodologie d’étude et compétences‐clés.

Nos actions se répar­tissent en deux axes de déve­lop­pe­ment, l’un consis­tant à com­prendre et modé­li­ser ces évo­lu­tions micro­struc­tu­rales et l’autre consis­tant à déve­lop­per des méthodes de carac­té­ri­sa­tions ori­gi­nales en support.

Développements en cours

En sus de l’application de nos tra­vaux à nos thèmes his­to­riques sur la mise en forme des maté­riaux métal­liques, nous déve­lop­pons aujourd’hui 3 thèmes de recherche en lien avec l’industrie du futur et qui béné­fi­cient for­te­ment de nos acquis et de nos compétences.

Elaboration/​Transformation d’alliages innovants : les alliages à haute entropie de mélange (HEA)

Le concept HEA date du début des années 2000 et repose sur une approche ther­mo­dy­na­mique pré­voyant que cer­tains mélanges d’au moins 5 élé­ments en (presque) équi‐​proportions, for­mant une solu­tion solide stable (grâce à la forte entro­pie du mélange), devraient pré­sen­ter des pro­prié­tés uniques. Par exemple, dans cer­taines classes de HEA, de fortes résis­tances méca­niques asso­ciées à une forte duc­ti­li­té ont été consta­tées ; d’autres pré­sentent par exemple de com­por­te­ments magné­tiques très pro­met­teurs. Depuis 2013, notre équipe étu­die des HEA de type FeCrNiMnCo+xxx (xxx : élé­ments mino­ri­taires), avec pour l’objectif de pro­po­ser et d’optimiser des « inox de nou­velle géné­ra­tion ». Nous avons bre­ve­té en 2014 une famille de nuances ori­gi­nales, A3S (aus­te­ni­tic super‐​stainless steels), dont les carac­té­ris­tiques donnent place à des espoirs majeurs : une struc­ture aus­té­ni­tique stable, ama­gné­tique, pré­sen­tant une limite d’élasticité de 600 à 1000 MPa (3 fois supé­rieure à celle d’un inox clas­sique, de type 304 …).

Evolution microstructurale et propriétés mécaniques des (sous)surfaces

Le Labex Manutech‐​SISE et l’Equipex Manutech‐​USD avec le pôle de com­pé­ti­ti­vi­té ViaMéca ont voca­tion à pla­cer le pôle Lyon‐​Saint‐​Etienne comme l’un des acteurs majeurs au niveau inter­na­tio­nal dans le domaine de l’ingénierie des sur­faces et les pro­cé­dés de fabri­ca­tion avan­cées. Pour cela, notre équipe (labo­ra­toire) a fait le choix depuis quelques années de par­ti­ci­per acti­ve­ment aux diverses actions menées dans ce cadre, en appor­tant notre exper­tise sur les maté­riaux métal­liques et en prio­ri­sant des sujets en lien avec les évo­lu­tions micro­struc­tu­rales dans les pro­cé­dés impli­qués (trai­te­ment laser, trai­te­ment méca­nique de sur­face et usi­nage). Notre stra­té­gie n’est pas de déve­lop­per en interne un pro­cé­dé don­né, mais davan­tage de s’associer à d’autres labo­ra­toires et/​ou entre­prises dis­po­sant (et mai­tri­sant) les pro­cé­dés en ques­tion. Nous inter­ve­nons par exemple sur le déve­lop­pe­ment de nou­velles métho­do­lo­gies de carac­té­ri­sa­tion per­met­tant d’extraire les gra­dients de micro­struc­tures et de pro­prié­tés méca­niques induits par l’action de ces pro­cé­dés, en lien avec la notion d’intégrité des sur­faces. Nous appli­quons éga­le­ment nos méthodes de modé­li­sa­tion à la pré­dic­tion des micro­struc­tures induites par ces procédés.

Images sous-surface

(gauche) Grains ultra‐​fins géné­rés par hyper‐​déformation plas­tique de sur­face (gre­naillage inten­sif). (droite) Essai de micro‐​compression pour carac­té­ri­ser le gra­dient de pro­prié­tés méca­niques induit.

Métallurgie pour la fabrication additive métallique

La fabri­ca­tion addi­tive métal­lique, cœur de l’industrie du futur et de la ré‐​industrialisation des ter­ri­toires, est aujourd’hui un des axes forts notre équipe. Les micro­struc­tures issues de ces pro­cé­dés sont très dif­fé­rentes des micro­struc­tures résul­tantes des pro­cé­dés plus conven­tion­nels. Dans ces condi­tions, l’efficacité des post­trai­te­ments ther­miques et méca­niques visant à obte­nir un état micro­struc­tu­ral com­pa­tible avec les exi­gences indus­trielles n’est pas for­cé­ment assu­rée, ce qui freine déploie­ment de cette nou­velle tech­no­lo­gie. Dans ce contexte, l’approche métal­lur­gique est pri­mor­diale pour à la fois com­prendre les nou­velles micro­struc­tures induites, modé­li­ser leur his­toire et, in fine, les pré­dire en fonc­tion des para­mètres pro­cé­dés et des maté­riaux uti­li­sés. Notre action se situe dans le déve­lop­pe­ment de nou­veaux maté­riaux pour la fabri­ca­tion addi­tive (refroi­dis­se­ment rapide, maté­riaux métal­liques inno­vants), la carac­té­ri­sa­tion fine des consé­quences micro­struc­tu­rales et méca­niques de maté­riaux issus de la fabri­ca­tion addi­tive, la modé­li­sa­tion du pro­cé­dé et l’hybridation avec d’autres pro­cé­dés. La plu­part des actions en cours (ou ter­mi­nées), par­te­na­riales ou non et en lien avec cette thé­ma­tique, s’effectue dans le cadre du LUPPIAM, labo­ra­toire com­mun réunis­sant l’ENISE, le CETIM et l’EMSE.

Membres du département

Guillaume KERMOUCHE Responsable du dépar­te­ment PMM, professeur  ORCID ID ResearchGate Scopus Author ID
Zhanibeck AMENOV Stagiaire
Asdin AOUFI Ingénieur de recherche URA CNRS 
Mariam ASSI Doctorante
Anne‐​Cecile BACH Ingenieur de Recherche Alliages Modeles 
Zineb BENSAID Doctorante
Antonin BERMOND Doctorant
Henri BONNET Service tech­nique SMS – RMT 
Andras BORBELY Directeur de Recherche  HAL ResearchGate Thèses en Ligne Thèses.fr
Simon BREUMIER Doctorant ORCID ID ResearchGate
Ayobami‐​Daniel DARAMOLA Doctorant – Chercheur en formation 
Alixe DREANO Post‐​Doc
Ayoub ELMOUTAOUAKKIL Doctorant ResearchGate
Pierre ELOI Doctorant
Julien FAVRE Maitre‐​assistant ResearchGate
Anna FRACZKIEWICZ Enseignant‐​Chercheur
Quentin GAILLARD Doctorant – Chercheur en formation 
Melek GENC Doctorant
Séverine GIRARD‐​INSARDI Equipe Traitement thermo‐mécanique 
Mickaël‐​Christophe‐​André HAERING Technicien métallurgie/​matériaux
Antoine HERBEAUX Doctorant – Chercheur en formation 
Marie JANSONNET Technicienne Analyses chimiques 
Jebastin‐​Ponraj JESUDIAN Stagiaire
Paul JOUFFREY Professeur émé­rite
Helmut KLOCKER Enseignant‐​chercheur
Pauline LAMBERT Technicienne de laboratoire 
Matthieu LENCI Ingénieur de recherche 
Yvan MARTHOURET Doctorant – Chercheur en formation 
Claire MAURICE Chargée de recherche CNRS  ResearchGate
Marilyne MONDON Technicien de laboratoire 
Frank MONTHEILLET Professeur émé­rite
Anthony NAKHOUL Doctorant invi­té
Safa NOCAIRI Doctorant
Kévin PAPY Doctorant
Nathalie PEILLON Ingénieur de Recherche 
David PIOT Chargé de recherche  HAL ORCID ID Scopus Author ID Thèses en Ligne Thèses.fr
Romain QUEY Chargé de recherche CNRS  HAL ORCID ID Scopus Author ID Researcher ID Thèses en Ligne
Lisa RATEAU Doctorant
Margaux SAINT‐​JALME Doctorante
Sergio SAO‐​JOAO Responsable du MET  ResearchGate
Gabrielle TIPHENE Doctorant invi­té
Nicolas TISSOT Post‐​Doctorant
Mathieu TRAVERSIER Doctorant – Chercheur en formation 
Claude VARILLON Technicien de laboratoire 
Aurelien VILLANI Maître‐​Assistant ORCID ID ResearchGate
Yinyin ZHANG Maitre Assistant Associé 

Partenaires

Académiques

AirForce Lab., CDM‐​Evry, CEMEF, CEMES‐​Toulouse, Cornell University, Eötvös Univ. Budapest, FAU Erlangen, ETS‐​Montréal, GEM‐​ECN, GPM‐​INSA Rouen, IJL‐​Nancy, LaHC, LaMCoS‐​INSA Lyon, LEM3‐​Metz, LPCES‐​Orsay, LTDS‐​ECL, LTDS‐​ENISE, McGill University, MSSMAT‐​ECP, PIMM‐​ENSAM, Polytechnique Montréal, SIMAP, TU Freiberg, TU Wien, UCL, UMIST Manchester.

Industriels et organismes de recherche

AIR LIQUIDE, AIRBUS, AIRBUS HELICOPTER, ANDRA, APERAM, ARCELOR‐​MITTAL, AREVA, AUBERT & DUVAL, CEA, CETIM, CEZUS, CONSTELLIUM, EADS, EDF, ERAMET, IREIS, MANUTECH‐​USD, ST‐​MICROELECTRONICS, PSA, SAFRAN, TECHNETICS, THALES, TIMET, VALEO, WINOA, ZODIAC.