INSIS - Institut des sciences de l’ingénierie et des systèmesINP - Institut de physique

D é l é g a t i o n C e n t r e L i m o u s i n P o i t o u - C h a r e n t e s

La démarche scientifique qui sous-tend les activités du départe-ment est d’établir les relations entre la microstructure/les défauts et les propriétés physiques/mécaniques des matériaux par une approche à la fois expérimentale et théorique.

Le spectre des matériaux étudiés, dont certains sont élaborés au département, est très large : métaux et alliages, oxydes, céra-miques, semi-conducteurs, polymères et composites à matrice organique. Il s’agit aussi bien de matériaux massifs, de films minces ou de nano-matériaux. Les recherches sont menées sur des matériaux industriels, fonctionnels ou structuraux, et sur des matériaux modèles choisis pour identifier les paramètres physiques pertinents. Les méthodes de caractérisation physico-chimique, structurale et les équipements d’essais mécaniques couvrent les différentes échelles étudiées. De grands instruments (ESRF, SO-LEIL, etc...) sont également utilisés pour compléter ces moyens.

L’activité de modélisation est également importante. Les dévelop-pements actuels concernent toutes les échelles, de la structure fine des défauts jusqu’à l’endommagement et la fissuration de pièces industrielles. Les problématiques scientifiques abordées et les ou-tils numériques utilisés reflètent la complémentarité des points de vue physicien/mécanicien.

Réacteur RF de traitement plasma des surfaces © PPRIME

SP2MI – Téléport 211, Bd Marie et Pierre CURIE - BP 3017986962 FUTUROSCOPE CedexTél. : (33) 5 49 49 74 18Fax : (33) 5 49 49 74 15

Site http://www.pprime.fr

13 chercheurs 58 enseignants-chercheurs 60 doctorants 8 post-doctorants 31 personnels techniques et administratifs

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PPRIMEInstitut de recherche de Poitiers - UPR3346

PHYSIQUE ET MECANIQUE DES MATERIAUX

COLLABORATIONS Industrielles : EDF, Dassault, SAGEM, ALSTOM, Thalès, Saint-Gobain, ONERA, groupe SAFRAN, Cannon-Muskegon (USA), AREVA, ArianeGroup, AIRBUS, Renault, Aubert et Duval, Michelin, CEA, DGA, DCNS, Mécachrome, Nexter, IFPEN, TOTAL, Faurecia, Composites Aquitaine, Vibracoustic, Solvay, Air Liquide.Internationales : EPFL et PSI (CH), Barcelone et Madrid (SP), Dresde et LBF (D), Lisbonne (P), Kaunas (LTU), Moscou (RU), Salford et Cambridge (UK), Porto Alegre et Brasillia (BRA), Berkeley, Texas Tech, Georgia Tech, UCSB Santa Barbara et Ohio State University (USA), LGM (TUN), ETSM et UBC (CAN).

Mots Cles

Synthèse de films minces et de matériaux massifs,

propriétés électroniques, optiques et mécaniques des

matériaux , plasticité, chocs, comportement dynamique,

traitements de surface, dislocations, simulation et mo-

délisation, fatigue, fluage, durabilité, endommagement,

mécanique non-linéaire, environnements extrêmes,

couplages multi-physiques, chargements complexes,

transitions d’échelles, métaux, oxydes, semi conduc-

teurs, céramiques, quasi cristaux, polymères, compo-

sites haute performance, écomatériaux.

Microscope électronique JEOL 2200FS © PPRIME

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Master Sciences de la matière avec trois parcours :• Physique : aspects fondamentaux de la physique de l’état solide et des matériaux, et

compréhension des phénomènes à l’échelle du nanomètre. Il constitue la voie privilégiée pour la poursuite en doctorat, en particulier en physique des matériaux.

• Physique-Chimie : profil bi-disciplinaire s’appuyant sur le parcours Physique sur le master Chimie de l’Université de Poitiers.

• Ingénierie des matériaux hautes performances et développement durable : Ingénierie et procédés d’élaboration, mise en forme et caractérisation des matériaux (en particulier des métaux), amélioration des performances de nouveaux matériaux.

Directeur : Yves GERVAISDir. adjoint : Jacques BOREEdirection@ml.cnrs.pprime.fr

Directeur du Département : Sylvain DUBOISDir. adjoint du Département : Patrick VILLECHAISE

Form

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Themes de recherche

Le département est structuré en quatre axes :

PPNA - Physique et Propriétés des NAnostructuresLes travaux sont centrés sur l’étude des relations entre la structure et les propriétés physiques de matériaux nanostructurés (surfaces, matériaux 2D, films minces ou massifs). Les principaux enjeux concernent d’une part la compréhension des mécanismes élémentaires de for-mation de nanostructures obtenues par voie physique (bombardement ionique, dépôt physique en phase vapeur, métallurgie des poudres), et d’autre part la modélisation et le contrôle de leurs propriétés électroniques, optiques, électro-optiques, plasmoniques, magnétiques, méca-niques, etc. Les activités portent notamment sur la dynamique de la croissance de films minces, sur la nanostructuration et la fonctionnalisation de surfaces et de couches minces fonc-tionnelles, et sur l’étude de céramiques nanolamellaires conductrices (phases MAX) et de carbures de métaux de transition bidimensionnels (MXenes).

SIMAC - Surface Interface et MAtériaux sous Contraintes L’objectif est de fournir des données expérimentales nou-velles, à l’échelle nanométrique voire atomique, concer-nant les mécanismes élémentaires de déformation, qui puissent directement être confrontées aux modélisations analytiques et simulations atomistiques.

PDP - Physique des Défauts et Plasticité• « Physique des dislocations et de la plasticité » Les études sont essentiellement réalisées à des échelles allant de l’atome au microscopique, avec les dislocations comme vecteur de la déformation plastique, dans les ma-tériaux covalents (Si, SiC, InSB), les métaux (Al, Cu,…) et des matériaux complexes (quasicristaux, systèmes micro- et nano-composites ou phases MAX),

• « Défauts, irradiation et propriétés induites »Les collisions balistiques générées par l’implantation en-traînent des changements de microstructure liés aux dé-fauts (défauts ponctuels, amas, dislocations,…), qui sont étudiés dans des films minces semi-conducteurs et dans les matériaux de structure des futurs réacteurs nucléaires.

ENDO - Endommagement et Durabilité

Les études concernent la mécanique des matériaux (al-liages métalliques (superalliages Nickel, Titane, Aluminium, issus de la fabrication additive, …), polymères, composites à fibres de carbone ou végétales, CMC) et des structures, dans les domaines de l’énergie et des transports, notam-ment aéronautiques. Des expériences au plus proche des conditions d’usage sont développées : chargement méca-nique, thermomécaniques, fatigue-fluage, en température, sous environnement contrôlé (air, humidité, CO2, hydro-gène, vide), sous chocs, ... Les analyses visent à relier le comportement et la durabilité des matériaux avec leur microstructures aux échelles pertinentes. L’objectif est d’identifier les sources d’améliorations possibles des maté-riaux (défauts, précipitations, textures, surface, formulation, architecture…) et/ou de développer des modèles prédic-tifs de comportement et durée de vie, implémentés ensuite dans des codes éléments finis pour le dimensionnement de pièces. Microstructures, expériences « modèles », analyse inverse par modélisation numérique fortement couplée et méthodes numériques spécifiques sont conçues et mises en œuvre pour intégrer/découpler les multiples processus de déformation et d’endommagement rencontrés dans les situations complexes de service.

Essai de fissuration par fatigue sur un aluminure de fer sous ultra vide © PPRIME

Moyens ExperimentauxImplanteurs ioniques, machines de dépôts PVD, essais mécaniques : fluage (5), fatigue (14), traction-torsion (2), générateurs de chocs, déformation sous confine-ment, micro et nano indentation, bancs de test : aubes, haute pression de gaz, compression isostatique à chaud, traitements thermiques, analyse DSCM et DMA, analyses RX, microscopie électronique à balayage : 6 SEM (2 FEG essais mécaniques in situ), microsco-pie électronique en transmission : 3 TEM (1 FEG TEM/STEM, 1 HREM) et 2 AFM dont un couplé à une ma-chine de déformation in situ, EBSD, EDXS, WDS, me-sures de transport électronique (Hall, résistivité, …), corrélations d’images, émission acoustique, mé-socentre de calcul de l’Institut P’(2300 coeurs), « ATG », éllipsométrie IR et UV-visible, Tomographe – essais in situ environnementés.

CNRS

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Simulation de l’endommagement microscopique d’un propergol solide en traction-cisaille-ment et structure atomique d’un cœur d’une dislocation à 60° dans le silicium © PPRIME

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PHYSIQUE ET MECANIQUE DES MATERIAUX

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