Les actions de recherches, en cours ou récentes, communes entre au moins 2 des 3 laboratoires prennent le plus souvent la forme de co-encadrements de thèses, souvent soutenues par la FéDéRAMS ou un Cluster de la Région Rhône-Alpes. Elles peuvent également donner lieu à des partenariats industriels directs ou sous forme de consortiums. Après avoir décrit deux structures qui nous ont permis de développer ce type d’actions, Nous listons les principaux travaux de recherche communs en précisant le type de partenariat institutionnel ou industriel dans lequel ils s’inscrivent et en donnant un bref aperçu des compétences apportées par chaque unité. Les travaux de recherche menés en commun sont classés en utilisant les trois thématiques de la fédération CIMReV, thématiques qui seront expliquées dans le projet. Les publications correspondantes sont données en annexe 1.

FéDéRAMS

Les laboratoires LPMG (UMR 5148), PECM (UMR 5146) et LTDS (UMR 5513) sont à l’heure actuelle regroupés avec les laboratoires LaMCoS (UMR 5259), MATEIS (UMR 5510), SIMAP (UMR 5266) et 3SR (UMR 5521) au sein de la Fédération Rhône-Alpes Matériaux de Structure (FédéRAMS FR 2145). Créée au 1er janvier 2000, cette fédération a été renouvelée deux fois, au 1er Janvier 2003 et au 1er Janvier 2007 et arrive donc à terme à la fin de l’année 2010. Dans ce contexte, les laboratoires appartenant à l’INSA de Lyon (MATEIS et LaMCoS) et à l’INP Grenoble (SIMAP, 3SR) ont choisi de se regrouper au sein d’un institut dont la forme administrative n’est pas encore arrêtée et dont la thématique dominante concernera les Multi-Matériaux Architecturés. Au cours de ses presque dix années d’existence, la fédération FédéRAMS a généré de nombreuses et fructueuses collaborations scientifiques à la fois par la mise en place d’une animation scientifique régulière et par une politique de soutien financier aux actions fédératives. Les laboratoires LCG (ex PECM), LPMG et LTDS souhaitent aujourd’hui mettre à profit l’acquis commun de ces dix années pour prolonger et renforcer leurs liens dans le cadre de thématiques fédératives structurées autour des compétences majeures et complémentaires de ces trois laboratoires. L’accroissement et le renforcement de ces collaborations sont amorcés et les périmètres thématiques et géographiques plus resserrés de ce projet de fédération nous permettront d’amplifier ce mouvement.

Programme pluri-formation "Couplages multiphysiques à hautes températures"

Ce programme, labellisé sur la période 2007-2010 et piloté par J.M. Bergheau, associe des équipes de recherche de 7 laboratoires de la région stéphano-lyonnaise : le LTDS, le laboratoire DIPI (EA3719 ENISE), les Centres SMS et CMP de l’Ecole des Mines de Saint Etienne, le CETHIL (UMR CNRS 5008 CNRS/INSA/UCBL), le laboratoire MATEIS (UMR 5510 CNRS/INSA Lyon) et le LaMCoS de l’INSA de Lyon (UMR 5259 CNRS/INSA). Il a pour objectif de développer des synergies et des moyens entre les différentes équipes travaillant sur les méthodes de modélisation et de simulation numérique des couplages multiphysiques mis en jeu par les procédés de fabrication comme, entre autres, le soudage, l’usinage ou l’élaboration de composite. Il fait suite, dans un cadre élargi à un autre PPF intitulé « Simulation numérique des conséquences mécaniques et métallurgiques induites par les procédés mettant en jeu des hautes températures » et labellisé sur la période 1999-2006. Les équipes des différents laboratoires font le point sur leurs travaux lors d’un séminaire résidentiel chaque année (http://www.enise.fr/site/).

Travaux de recherche en commun

Procédés et couplages multiphysiques

La compaction à grande vitesse de poudres céramiques a été étudiée en partenariat avec Baïkowski Chimie et le CETIM de Saint-Étienne. Le LPMG a contribué à la partie élaboration et compaction des poudres, l’étude du frittage ayant été conduite par PECM. Une thèse a été soutenue sur ce thème (D. Souriou, 2008), avec un soutien financier de la région Rhône-Alpes (programme Emergence) et de la FéDéRAMS. Ces travaux ont participé à la mise en place d’un projet important entre le LTDS et PECM sur la simulation numérique du frittage. Une thèse est en cours dans ce domaine (D. Pino-Munoz). PECM apporte sa connaissance du procédé, et le LTDS son expérience en simulation de procédés.

Les procédés de mise en forme des matériaux métalliques sont étudiés par PECM et le LTDS. La complémentarité des approches de chaque laboratoire les a conduit à co-encadrer plusieurs travaux de recherche sur ce sujet. Par exemple, le procédé de soudage par point est aujourd’hui étudié dans le cadre d’une thèse (Rémi Lacroix) co-encadrée par PECM et le LTDS. Ces travaux reçoivent un fort soutien financier du groupe ArcelorMittal. PECM apporte sa connaisse des microstructures et de l’endommagement local, tandis que l’approche du LTDS est plus orientée vers la simulation thermomécanique de ce procédé. Il en est de même pour le procédé FSW (Friction Stir Welding), qui a été étudié séparément par les laboratoires PECM et LTDS, et qui fera l’objet d’un des projets présentés dans ce dossier.

Parmi les projets FUI de chaque laboratoire, Deux montrent une participation significative de plusieurs laboratoires de la fédération. Le premier est DURAMAT (dispersion de silice dans les polymères) où le LPMG analyse le procédé de dispersion et le LTDS travaille sur le matériau résultant. Le second est ALUROLL (acier pour cylindre de laminage à froid) où la microstructure est optimisée par PECM, tandis que le LTDS travaille sur l’aptitude à la rectification de ces microstructures.

Surfaces et interfaces

Les travaux sur l’oxydation en milieu primaire des Réacteurs à Eau Pressurisée et sur la corrosion sèche dans les réacteurs de Génération IV reposent sur des moyens expérimentaux lourds (boucles d’essais en milieux haute et moyenne température) situés dans les laboratoires des partenaires (CEA Saclay et Centre technique AREVA du Creusot). Pour mener à bien ces travaux, le CEA et AREVA s’adressent au LPMG, à PECM, et plus récemment au LTDS. Les compétences apportées sont, pour le LPMG la modélisation cinétique des réactions en phases hétérogènes, pour le LCG la métallurgie physique, les analyses de surfaces (spectrométrie XPS et Auger) et l’élaboration de matériaux modèles (alliages modèles à base Ni-Fe-Cr), et pour le LTDS la modélisation et la simulation numérique par éléments finis. Deux thèses ont été soutenues sur ce sujet (Fabien Rouillard, 2007, Jérôme Chapovalov, 2009), et deux autres sont en cours (Antoine Proust et André Nicolas), l’ensemble étant financé par nos partenaires. Ces travaux de recherche apparaissent donc comme exemplaires du point de vue de la complémentarité thématique entre les trois laboratoires.

Les laboratoires PECM et LTDS travaillent ensemble sur le transport de charge dans les céramiques, en particulier multicouches, et donc sur le rôle des interfaces. Là aussi, la complémentarité des deux approches (procédé et microstructure pour PECM, modélisation et simulation numérique pour le LTDS) a conduit notre partenaire industriel (Beru Tda) à financer ces travaux au sein de ces deux laboratoires. Deux thèses ont été soutenues (M. Touzin, 2005, N. Cornet, 2007).

Vivant

Cette thématique est en cours de consolidation dans chacun des trois laboratoires. Chaque laboratoire veille à une complémentarité des approches similaire à celle constatée dans les deux autres thématiques de la fédération. Par exemple, une ANR où PECM et le LTDS sont partenaires est actuellement financée sur le comportement tribologique de matériaux composites en céramiques pour des prothèses de hanche (projet OPTHIP).

Il est évident que cette thématique aura une importance grandissante au sein de la fédération. En effet, le vivant est clairement affiché comme faisant partie des thèmes prioritaires de chacun des trois laboratoires. La fédération jouera donc un rôle structurant pour cette activité. Par exemple, la fédération CIMReV sera sur les aspects du vivant (matériaux et mécanique) largement complémentaire avec la SFR IFRESIS (actuellement IFR 143) qui a 3 ans d’existence sur le site de Saint-Étienne, et à laquelle participent les laboratoires PECM et LPMG. En effet IFRESIS qui comprend une majorité d’acteurs du domaine de la santé (médecins, biologistes, gestionnaires..) se préoccupe principalement de bioingénierie en développant de nouveaux réacteurs, de nouveaux matériaux, mais également les tests in vitro ou in vivo sur ces nouveaux dispositifs. L’accent est principalement mis sur les procédés de la physico-chimie à la biologie et sur des tests en situation réelle (IRM, Scanner) plus que sur les propriétés d’usage telles qu’elles peuvent être suivies au sein de la fédération CIMReV.

Master Recherche et formation doctorale

En association avec l’Université Jean Monnet, les trois unités (PECM, LPMG et la partie stéphanoise du LTDS) participent activement depuis plusieurs années à la structuration de la formation par la recherche en sciences pour l’ingénieur sur le site de Saint-Étienne et dans le cadre du PRES « Université de Lyon », au travers d’un Master recherche commun et de leur participation conjointe à l’Ecole Doctorale « Sciences, Ingénierie et Santé ».

Créé en 2006, le Master « Ingénierie des Matériaux et des Procédés » propose quatre spécialités (Génie des Procédés, Science et Génie des Matériaux, Mécanique et Ingénierie, Rhéologie et Plasturgie) en prise directe sur les thématiques scientifiques des trois unités. Le projet de renouvellement déposé cette année met l’accent sur une intégration et une mise en commun accrue des quatre spécialités et un adossement renforcé aux trois laboratoires. L’un de ses objectifs est d’augmenter le flux d’étudiants Stéphanois issus de l’Université en Master, puis en thèse pour les meilleurs éléments. Cette politique nous semble stratégique pour, à moyen terme, nourrir la production scientifique des laboratoires de la fédération. En retour, par une communication ciblée auprès de ces étudiants et de ceux des écoles d’ingénieurs auxquels les laboratoires sont associés, la fédération pourra faire valoir une offre diversifiée de sujets de recherche, la richesse de ses partenariats industriels et l’existence d’une communauté scientifique dynamique en sciences pour l’ingénieur sur le site de Saint-Étienne.

Le périmètre disciplinaire de l’Ecole Doctorale - Sciences Ingénierie et Santé est plus large que celui de la fédération CIMReV : Sciences pour l’Ingénieur, Mathématiques et leurs Interactions ; Sciences de la Terre et de l’Univers, Espace ; Chimie ; Biologie, Médecine et Santé et STIC. Cette école doctorale pluridisciplinaire procède néanmoins d’une démarche semblable à celle de la fédération, en favorisant explicitement la transdisciplinarité des projets de recherche sur le site Lyon / Saint–Étienne.