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Pôle de recherche MI

Matériaux innovants

L’équipe

Responsable : Daniel DUPONT

Nom – Fonction – Laboratoire

DUPONT Daniel – EC – HDR GEMTEX
BRUE Flore – EC – DR LGCgE
CHAMOIN Julien – EC – DR LGCgE
NIANGA Jean Marie – EC – DR ERMESS
TALHA Abderrahim – EC – DR LML
YOUNSI Zohir – EC – DR LGCgE
MARHABI Driss – EC – AT LML
RUIZ BOWEN Ana – EC – Doctorante GSA Versailles
ONOFREI Elena – Ing. de Recherche GEMTEX
PETRUSIC Stojanka (ENSAIT) –  Ing. de Recherche GEMTEX
CODAU Teodor Cezar –  Ing. de Recherche GEMTEX
ALATORRE TORRES Norma –  Doctorante LML
ATTAL Emmanuel – Doctorant IEMN – ISEN
CHEN Xiao – Doctorant GEMTEX
FOO Laurent Chin – Doctorant ERMESS
GIDIK Hayriyé – Doctorante GEMTEX
KENAI M. Amine – Doctorant LGCgE
KOUFI Lounès – Doctorant LGCgE
MOREL Aude – Doctorante GEMTEX
VIALLON Maud – Doctorant IEMN – ISEN

Thèmes

Le pôle de compétences recherche matériaux innovants place le matériau au cœur de ses préoccupations.
Matériau qui peut être souple, rigide, fibreux, plein, homogène, inhomogène, complexe, etc.

Ces matériaux sont étudiés à diverses échelles microscopique, mésoscopique et/ou macroscopique, monocouche, multicouche, interaction entre les couches et aux interfaces, composite, et en fonction de l’environnement et de leurs usages, etc.

L’ensemble des travaux abordés peuvent se classer en quatre thématiques :
· conception des matériaux
· caractérisation des matériaux
· modélisation/simulation des matériaux
· développement d’instrumentations spécifiques.

L’objectif est de contribuer au développement de méthodologies d’études des matériaux.

Conception des matériaux

La conception d’un matériau repose sur la définition de ses attributs (propriétés) qui répondent à un usage donné, puis consiste à le réaliser et le valider en situation d’usage.

Caractérisation des matériaux

Cette thématique consiste à caractériser les propriétés/attributs du matériau en utilisant les instruments/normes de mesure ou bancs d’essai existants, via la mesure de grandeurs physiques.

Modélisation/simulation des matériaux

Le principe est d’étudier les lois reliant les grandeurs physiques aux propriétés/attributs du matériau afin de pouvoir identifier et/ou caractériser le matériau.
L’application, l’implantation, l’implémentation de ces lois sur des outils numériques ou non permettent de faire des prévalidations de matériau (e.g. : prototypage virtuel) et/ou d’orienter la conception du matériau.

Développement d’Instrumentations spécifiques

Ceci concerne la conception/réalisation d’instrumentation et/ou de bancs d’essai spécifiques permettant de caractériser les propriétés/attributs d’un matériau au travers de la mesure de grandeurs physiques.
Cela implique l’identification d’un manque ou défaut dans les outils instrumentaux de caractérisation (appareils de mesures, méthodes, normes, …) existants.

L’ensemble des travaux réalisés au sein de ce pôle de compétences « recherche matériaux innovants » repose sur trois groupes d’expertise :
·Textile avancé
·Thermique de l’habitat
·Fatigue des matériaux

Thermique de l’habitat

laboratoire genie civil et geo environnement

Ce groupe d’expertise est composé de quatre permanents (4 docteurs) et 3 non permanents (3 doctorants).
L’axe thermique de l’habitat est centré sur l’étude numérique et expérimentale des transferts thermiques, aérauliques et hydriques intervenant au niveau de l’enveloppe du bâtiment et l’étude de la qualité de l’air intérieur.

En ce qui concerne le stockage de l’énergie, la maîtrise de la modélisation des transferts thermiques avec changement de phase est une étape primordiale pour optimiser notre système d’intégration à l’échelle du bâtiment.
De plus, elle nous permettra de faire un choix sur le MCP qui sera utilisé et son système de conditionnement.

Par ailleurs, la problématique liée à la ventilation est confrontée à un manque de connaissances sur les phénomènes convectifs souvent négligés. Pour orienter les choix de conception, il est important de connaître les débits de ventilation tant du point de vue modélisation que des techniques de mesure pour les expérimenter dans des conditions complexes de bâtiments réels. De plus, la CFD est de plus en plus utilisée dans l’architecture pour le contrôle de température dans la construction ainsi que pour les phénomènes thermiques autour des bâtiments, d’analyser globalement l’écoulement de l’air autour d’une future construction, de paramétrer le contrôle de l’écoulement de l’air tout en assurant une bonne qualité d’air intérieur. La maîtrise de la modélisation des phénomènes convectifs et l’étude de l’interaction entre écoulements d’air et transport de particules constituent des verrous scientifiques importants que nous chercherons à lever.

Parmi les études en cours, on citera la caractérisation de matériaux fibreux textiles dans l’isolation des bâtiments. Dans un but d’augmenter l’inertie de l’enveloppe, un MCP (matériau à changement de hase) sera associé à ces matériaux fibreux. Ensuite, pour tester le comportement de ces matériaux à l’échelle du bâtiment une analyse par simulation thermique dynamique sera réalisée sur un cas de réhabilitation.

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Une autre étude se porte sur la caractérisation et le comportement de murs végétalisés en conditions extérieures d’utilisation d’un point de vue thermique et également acoustique afin de mesurer réellement les gains obtenus et donc pour développer d’autres types de murs.

L’étude dynamique des écoulements à l’intérieur des bâtiments constituera dans le futur un élément fort de notre activité de modélisation. Il est nécessaire de développer des applications permettant d’affiner les modèles aérauliques intégrés dans les codes de simulation thermo-aérauliques. De plus, la thermique de l’habitat s’intéresse de plus en plus à la qualité de l’air intérieur au travers de la prise en compte des polluants dans l’appréciation du confort associé à l’enveloppe du bâtiment. Ces polluants peuvent être d’origine naturelle et/ou industrielle.

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Dans les matériaux fibreux textiles, la compréhension de phénomènes thermiques « conductif, convectif et radiatif » est très complexe. En effet, les résolutions de l’équation du transfert radiative et de l’équation de l’énergie par la méthode des ordonnés discrètes n’est pas évidente et demande de nombreuses mesures en spectroscopie FTIR (transmittance et réflectance) pour déterminer les paramètres (luminance, albédo, …) nécessaires aux résolutions. Pour les murs végétalisés, les verrous interviennent dans l’analyse des échanges convectifs et radiatifs entre le mur et son environnement, il est difficile de contrôler les conditions d’expérimentation.

 

  • Projet LACHT: Pièces intermédiaires : Le rôle des volumes intermédiaires dans la thermique et la qualité de l’air des logements. Télécharger la Plaquette Projet LACTH
  • Projet VERISTANCE: Etude des parois complexes végétalisés. Télécharger la  Plaquette Projet VERISTANCE

GEMTEX

Textile avancé

Ce groupe d’expertise est composé de trois permanents (1 HDR et 2 docteurs) et 7 non permanents (3 ingénieurs de recherche, 3 doctorants et 1 technicien).
Ces membres font parties du GEMTEX (Laboratoire Génie des Matériaux Textiles) dont ils portent les compétences :

développement des structures souples assurant un effet transfert / barrière
caractérisation, analyse et modélisation des transferts thermique et de masse au sein des structures complexes textiles
conception de capteur textile pour le monitoring des transferts thermiques et hydriques
science de la couleur et multisensorialité : caractérisation et modélisation

Ses principaux centres d’intérêt évoluent autour du confort thermique au sein des matériaux fibreux et peuvent se décomposer en deux parties :
o Le management des transferts thermique et de masses au sein des matériaux fibreux, en lien avec le confort thermo-physiologique.
Pour cela, il est nécessaire de caractériser, d’analyser et de modéliser ces transferts suivant les différents modes d’échanges : conductif, convectif, radiatif (notamment dans l’infrarouge), évaporatif et leurs interactions.
Un des enjeux est d’élaborer un cahier des charges, de fournir des outils nécessaires à l’interprétation, à l’aide à la décision, à l’élaboration, et à la conception de matériaux textiles innovants.
La finalité est de développer des structures mono ou multi couches fonctionnelles afin d’améliorer le rôle transfert/barrière des média fibreux.
o L’Interaction lumière / matière (optique radiométrique et photométrique)
Nous nous intéressons aux sciences de la couleur en général. Il s’agit tout autant de comprendre les interactions entre lumière et matière ou la vision des couleurs de l’humain que de concevoir des matériaux (notamment nano-structurés), des « recettes de mélanges de couleurs », des protocoles de contrôle des couleurs (notamment pour les couleurs à effets), des systèmes d’affichage ou des éclairages.

L’articulation de ces thématiques et challenges se déroule comme suit :

heat and mass management in textile materials
Ces thématiques s’organisent et s’alimentent selon trois challenges, i.e. la conception, la caractérisation, et la modélisation comme présenté ci-dessous :

flutex

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Projet FLUTEX

Télécharger la plaquette du projet: Plaquette Projet FLUTEX

Ce groupe d’expertise travaille actuellement sur différents projets : Projet Européen, ERANET- CrossTexNet, FLUTEX, « étude de la thermorégulation, des flux thermiques et hydriques au sein des assemblages multicouches textiles destinés aux équipements de protection individuels (EPI) de pompiers visant à l’amélioration du confort, des performances, et de la sécurité. »

temperature vs distance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • Projet HYDRAX

Télécharger la plaquette du projet: Plaquette Projet HYDRAX

Projet Européen, ERANET- CrossTexNet, HYDRAX, « conception de textiles fluxmétriques intelligents capables de detecter, caractériser, et surveiller les transferts thermiques et de masses pour les applications EPI pompiers, médicales, sports et loisirs, et géotextiles. »

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Thèse en cours, « représentation du toucher au travers de la représentation virtuelle d’un textile » (thèse effectuée dans le cadre du projet FUI Camille 3D Sensoriel, co-encadrement avec l’ENSAIT), dans le cadre du Projet FUI, C3DS Camille 3D Sensoriel : qualité perçue virtuelle et réelle, améliorée, perception du toucher et de l’acoustique au travers d’une image pour les outils numériques du design, pour les transports, pour la cabine d’essayage pour l’habillement et pour l’e-shopping.

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Thèse en cours, « mesures des transferts thermiques et de masses par modélisation de capteurs textiles fluxmétriques composés de fils thermoélectriques »

textiles flumétriques
Thèse en cours, « L’élaboration et la conception d’une structure multicouche textile intégrée aux EPI vestes de pompiers capable d’améliorer les transferts thermiques et hydriques afin d’apporter confort performance et sécurité du porteur »

structure multicouche textile pompiers
Thèse en cours, « conception d’un filament polymère actif à empilement nanométrique couplant de manière réversible les propriétés optiques, fluidiques et thermiques. » (thèse en co-encadrement avec l’IEMN, Université de Lille1, l’ISEN)

Fatigue des matériaux

Fatigue, endommagement des matériaux et des structures

Ce thème de recherche est mené par un enseignent chercheur en lien avec le L.M.L. au sein de l’équipe « Fatigue, endommagement des matériaux et des structures ». On s’intéresse particulièrement, au développement d’outils de prédiction de durée de vie sous sollicitations réelles avec prise en compte de l’endommagement et du cumul de dommage en fatigue multiaxiale. On développe également, une recherche concernant la « Fiabilité mécanique des assemblages multimatériaux ». Cette dernière vise à développer des outils de prédiction de durée de vie, prenant en compte l’endommagement par fatigue-fretting, permettant l’intégration de paramètres optimisés et ce, dès la phase de la conception.

Modélisation de la rupture des matériaux piézoélectriques

Ce thème de recherche est mené par deux enseignants chercheurs en lien avec le laboratoire ERMESS (EPF). On s’y intéresse particulièrement à l’analyse des singularités, ainsi qu’au développement d’outils de prédiction de la direction, de la vitesse, et éventuellement des bifurcations des fissures en milieu piézoélectrique. Une analyse des comportements aléatoires des ruptures y est également prise en compte.

Plateformes expérimentales et logicielles

Téléchargement des plaquettes des plateformes:

LES LABORATOIRES EN IMAGES

Laboratoire Sciences de la Couleur

Comme son nom l’indique, ce laboratoire est dédié aux sciences de la couleur, notamment sur tous les aspects liés à la métrologie. Il est équipé de divers spectrophotocolorimètres avec différentes géométries, mono ou multi angles, dédié aux couleurs de surface ou lumineuse, d’armoires à lumière. Ces différents appareils permettent non seulement d’évaluer la couleur et les attributs d’apparence de différents matériaux (en réflexion ou en transmission, classique ou couleur à effet, brillance, …) mais également d’aborder la gestion de la chaîne numérique et les différentes calibrations de ses périphériques.

Laboratoire d’Analyse des matériaux fibreux

Ce laboratoire est dédié à la caractérisation des matériaux fibreux notamment sur les aspects concernant le confort thermique. Ainsi on y retrouve essentiellement trois domaines d’instrumentation :
· Le premier concernant les propriétés thermiques (skin model, ISO 11092)
· Le second concernant les propriétés de gestion de l’humidité avec
o Skin model (plaque chaude gardée transpirante, ISO11092)
o Gestion de l’humidité (moisture vapor transmission rate (ASTM E96B), moisture managment tester (MMT, AATCC 195)…
· Le troisième concernant les propriétés radiométriques avec
o Spectrophotomètre UV-visible-IR proche
o Spectrophotomètre IR (proche, moyen) FTIR avec système de sphère intégrante
Ainsi ce laboratoire permet d’étudier l’axe couplage transferts thermiques et transferts hydriques essentiel dans le confort thermique.

Ces deux laboratoires sont complétés par
· Un espace dédié à la modélisation et à la simulation des transferts thermiques et hydriques
· Un espace dédié à la conception d’instrumentation spécifique

Laboratoire de Fonctionnalisation des matériaux fibreux

Ce laboratoire permet de fonctionnaliser les matériaux fibreux afin de leur apporter des propriétés spécifiques. Cette fonctionnalisation peut se faire par microencapsulation, développement de membrane spécifique, enduction, …
Il est équipé en particulier de :
· Matériel de micro encapsulation par voie chimique ;
· Ligne d’enduction râcle au rouleau et foulardage avec système de rame pour fixation/ séchage
· Etuves de conditionnement
· Gamme de matériels dédiés à l’ennoblissement (autoclave…)

Laboratoire Matériaux et Structures

Les principaux équipements du laboratoire sont :

Machine hydraulique d’essais universels INSTRON 8516 (100 kN)
• Déplacement maximum 150 mm – Capacité 100 kN – Fréquence maximum 45 Hz
• Chambre d’ambiance : -150°C à 600°C
• Chaine d’acquisition extensométrique 12 voies
• Système vidéo synchronisable avec la fréquence da la machine
• Logiciels de pilotage et d’acquisition de données pour différents test en fatigue/rupture.

Machines de mesure de :
• Dureté, Microdureté, Résilience, Microscope optique

Codes de calcul :
• Abaqus, Catia, Statgraphic, Mathematica,

Matériels en cours d’acquisition :
• Code de Calcul de la fatigue FE-fatigue.

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