Offre d'emploi :

Doctorant Simulation multi-échelles des phénomènes dé/consolisation des composites thermoplastiques

Informations : Ref: DER459/IRT / Fonction : Doctorant / Secteur : R&D / Lieu : Bouguenais / Thèse

Client

L'IRT Jules Verne est un centre de recherche mutualisé dédié au développement des technologies avancées de production et vise l'amélioration de la compétitivité de filières industrielles stratégiques. Le cœur d'activité de l'IRT consiste à transposer et intégrer des développements scientifiques matures ou des concepts techniques émergents dans les processus industriels liés à la production et la fabrication.
L'IRT est centré sur les besoins de 4 filières industrielles stratégiques :
- Aéronautique (Airbus, Daher, Stelia, Safran, Dassault Aviation, Zodiac, Latécoère,….),
- Automobile (PSA, Renault, Faurecia, Plastic Omnium, Valeo, ...),
- Energie renouvelable (General Electric, Siemens,…)
- Navale (Naval Group, Chantiers de l'Atlantique…).
Les équipes mènent des recherches en mode collaboratif en s'associant à des entreprises qui développent et déploient des solutions pour l'usine du futur (machines et équipements de production, outilleurs, robots, logiciels de production, …) ainsi qu'aux meilleurs académiques dans le domaine du manufacturing.
Au sein de l'IRT Jules Verne, la R&D est organisée autour de trois domaines, la Conception Intégrée Produits/Procédés, Les Procédés Innovants de Fabrication et les Systèmes Flexibles et intelligents dans lesquelles les Equipes de Recherche Technologiques (ERT) Modélisation et Simulations, Procédés Composites, Procédés additifs & Métalliques (PMM), Contrôle & Monitoring et Robotique & Cobotique travaillent en synergie pour proposer les innovations et briques technologiques nécessaires au développement des technologies avancées de production.
Créé en 2012, les chiffres clés de l'IRT Jules Verne sont les suivants :
- 75 membres et partenaires industriels et académiques.
- 25 M€ de chiffre d'affaires annuel, et un portefeuille cumulé représentant 130 M€ de projets de recherche depuis sa création.
- 110 personnes et 15 M€ d'équipements de recherche structurants.
- 35 brevets déposés.

L’équipe de recherche technologique Modélisation et Simulation, composée d’une quinzaine de personnes (Docteurs & Ingénieurs), est en charge de développer et déployer des technologies innovantes dans les cinq thématiques de la feuille de route de l’IRT Jules Verne :
- La mobilité dans l’espace industriel
- La flexibilité de la production
- L’assemblage
- Les procédés de préformage et formage
- Les procédés de fabrication additive

L’ERT SIM développe en particulier des activités dans la simulation des procédés et dans la modélisation de l’outil de production en s’appuyant sur des compétences en modélisation et simulation des Matériaux et Interfaces, en Méthodes Numériques, en Systèmes Dynamiques tout en capitalisant sur les Outils et Environnements de Simulation. Pour cela, l’ERT SIM s’appuie sur des relations de confiance établies avec des industriels clés (Renault, Airbus, Faurecia, STX, GE, Naval Group, Safran, PSA,…), des académiques (Ecole Centrale de Nantes, Institut Mines Telecom Atlantique, Université de Nantes, CNRS,…), des centres techniques comme le CETIM ou le CTI-PC.
L’équipe est chargée de repérer et de relier un large spectre de compétences issues de disciplines scientifiques variées (exploitation et transfert des résultats scientifiques) et de secteurs industriels différents (fertilisation croisée et transfert technologique entre filières) pour élaborer des réponses innovantes aux enjeux technologiques de l’IRT Jules Verne. Les développements technologiques sont à mettre en perspectives avec les 4 secteurs d’activités industriels clés de l’IRT JV : l’aéronautique, l’automobile, les énergies renouvelables et la construction navale.
Les projets menés dans l’ERT SIM sont de natures variées allant des projets collaboratifs multi partenaires industriels de l’IRT JV, de la recherche sur contrat mono partenaire et sur des projets européens. L’ERT SIM est investie dans des projets de R&D de taille variable allant de la prestation à des projets de plusieurs millions d’euros.

Poste

Afin d’aider les partenaires industriels à garder une longueur d’avance technologique, l’IRT Jules Verne a créé le programme PERFORM (ProgrammE de Recherche FOndamentale et de Ressourcement sur le Manufacturing) qui stimule le développement de la recherche amont par le financement de grappes de thèses de doctorats portant sur des problématiques industrielles identifiées. Le programme est cogéré par l’IRT Jules Verne et ses partenaires industriels et académiques.
Cette thèse est proposée dans le cadre du programme PERFORM 2019 en collaboration avec les enseignants-chercheurs de l’Institut de Calcul Intensif (ICI) de Nantes et du laboratoire de Thermique et Energie de Nantes (LTeN).

Lorsqu’une pièce en composite thermoplastique est fortement sollicitée, en particulier thermiquement, le matériau peut se déconsolider, avec l’apparition de porosités, sous différentes formes (bulles, films, fissures, …). Malgré l’existence de quelques modèles pour prédire macroscopiquement cette déconsolidation, le réglage des paramètres procédé lors de la mise en forme de ces pièces (par dépose de bandes, par soudage, …) s’avère très difficile pour assurer une consolidation pérenne.

Le travail de thèse proposé vise donc à développer des outils de simulation pour les composites thermoplastiques qui permettront de répondre aux questions suivantes :
1) Peut-on mieux comprendre et prédire, par simulation numérique directe, l’apparition et l’évolution des porosités à l’échelle de la microstructure fibreuse, à partir des conditions macroscopiques d’élaboration des pré-imprégnés (mécaniques, thermiques, physico-chimiques)?
2) Peut-on établir un nouveau modèle d’évolution du taux de porosité dans une pièce, utilisable à l’échelle du procédé, à partir de ces simulations directes et d’observations expérimentales ?

Le sujet proposé est aussi complémentaire à un autre sujet de thèse PERFORM 2019 intitulé « Etude du phénomène de déconsolidation des composites à matrice thermoplastique, en lien avec le procédé de consolidation », qui essayera de traiter ce même problème expérimentalement. L’étendre avec une approche numérique permettra d’établir des outils de prédiction, de réaliser des expériences numériques d’améliorer des modèles existants. Ainsi, les matériaux et procédés considérés ici seront ceux définis dans le cadre de l’étude expérimentale.

Dans la littérature, les modèles de consolidation/déconsolidation se basent sur des approches simplifiées, considérant les pores comme des structures géométriquement simples et distribuées de façon homogène dans le volume. L’histoire thermomécanique connue par la pièce pendant la solidification est aussi souvent simplifiée. Les approches restent très macroscopiques, ce qui rend difficile la prédiction de, par exemple, l’apparition des bulles avec forme géométriquement complexe.

Dans cette étude, nous proposons, en complément d’une étude expérimentale, de développer des outils numériques qui seront plus pertinents que ceux existant actuellement et qui permettront, grâce à des méthodes de calcul massivement parallèles, de traiter à la fois la physique fine du problème et l’échelle procédé.

Rattaché(e) au responsable de laboratoire et au RERT (responsable d’équipe de recherche technologique), le(la) doctorant(e) aura en charge les missions suivantes :
- Réaliser des simulations à l’échelle des pores (et de la microstructure), où des modèles de germination seront implémentés pour l’apparition des pores, fonction des conditions thermomécaniques et renseignés par des essais fins, faits en collaboration avec le laboratoire 3SR – Grenoble, dans le cadre des travaux expérimentaux. L’évolution numérique des porosités pourra aussi être comparée avec les essais et obtenue pour des sollicitations. Le résultat principal de cette première partie de l’étude sera la formulation d’un modèle d’évolution de pores, utilisable à l’échelle macroscopique mais qui contiendra de l’information microstructurale (par exemple sur la distribution de la taille et de la forme des pores) ;
- Implémenter ce modèle et son utilisation à l’échelle macroscopique, pour des sollicitations qui auront aussi été étudiées expérimentalement au LTeN, en faisant aussi varier l’historique de la consolidation pour voir son effet sur la déconsolidation.
- Valider / corréler les résultats de simulation avec les essais expérimentaux.

Profil

Vous êtes ingénieur ou titulaire d'un Master 2 dans les domaines de la mécanique numérique, matériau numérique ou physique numérique avec si possible une connaissance des procédés de fabrication/mise en forme des matériaux.
Si vous êtes autonome et réactif et que vous avez une grande rigueur et un fort sens de l'organisation, n'hésitez pas à envoyer votre candidature (CV et lettre de motivation) à recrutement@irt-jules-verne.fr sous la référence DER459.


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