STM-PARC-1-Ruines des surfaces fonctionnelles
- ue-mec-stm-parc-1-materiaux innovants et eco-respectueux
- Mécatronique
Semestre : 9
Responsable(s) du contenu pédagogique
- Hervé PELLETIER
| Total coefficients : 2 |
| Total heures : 21 (7,5 cours, 4,5 TD, 9 TP) |
| Total heures travail personnel : 6 |
Objectif
Ce cours devra apporter des notions avancées sur le champ scientifique que constitue l'ingénierie des surfaces, qui a pour but d'tudier les propriétés des surfaces et de les améliorer, de développer des solutions et des applications industrielles. L'optimisation du design, le choix des matériaux, la modification des propriétés de surfaces des matériaux par traitement ou revêtement, et l'optimisation des conditions d'utilisation sont au cour du métier.
Les champs d'applications industrielles seront les dispositifs médicaux implantables (prothèses ostéo-articulaires), ou encore les outillages des procédés de mises en forme (forge, emboutissage, pliage, moule d'injection des pièces plastiques).
Compétences attendues
Axe A1 : CONNAISSANCES ET COMPRÉHENSION
Capacité à mettre en place un raisonnement scientifique rigoureux. Capacité à mobiliser les ressources d'un large champ de sciences fondamentales.
- Connaître et expliquer les concepts théoriques relatifs à un large champ de sciences fondamentales
- Formaliser un problème à l'aide d'outils analytiques ou numériques
- Être capable de résoudre un problème scientifique à l'aide de méthodes analytiques ou numériques
- Être capable de transposer les connaissances scientifiques dans le domaine de la spécialité
Axe A2 : ANALYSE TECHNIQUE
Capacité à mobiliser les ressources dans le domaine de la spécialité. Mettre en œuvre des connaissances techniques multidisciplinaires pour résoudre des problèmes d'ingénierie.
- Identifier un problème, le reformuler
- Déterminer les leviers d'actions permettant de résoudre un problème
- Identifier et comparer des méthodes de résolutions potentielles
Axe A3 : CONCEPTION TECHNIQUE
Capacité à mobiliser ou à développer des nouvelles méthodes de conception afin de concevoir des produits, des processus et des systèmes en tenant compte des dernières avancées techniques dans le domaine tout en prenant en compte les enjeux environnementaux et énergétiques.
- Analyser et comparer un large champ de données techniques
- Définir les solutions techniques répondant au besoin
- Réaliser et interpréter des simulations
Programme
L'objectif est d'acquérir des connaissances suffisantes sur les surfaces utilisées en mécanique (systèmes articulés et procédés de mises en forme), plus particulièrement pour des pièces en contact sous charge et animées d'un mouvement relatif (vitesse de glissement) dans un environnement plus ou moins agressif (Température, pH, ?). Ces connaissances devront permettre d'identifier les modes de dégradations des surfaces, afin de définir des solutions palliatives (choix des couples de matériaux et des géométries des surfaces en contact, choix des traitements et revêtements de surface) dans une démarche de conception produits oui systèmes.
Ce cours portera sur les notions suivantes :
1. Définition des notions de surfaces et interfaces fonctionnelles (propriétés physico-chimiques spécifiques, propriétés mécaniques)
2. Topographie des surfaces
3. Mode de dégradation des surfaces (usures, fatigue superficielle)
4. Mode de lubrification des surfaces en contact
5. Couplages dégradations mécaniques - dégradation électrochimiques
6. Moyens de caractérisation des surfaces
Lors des séances de TD, des simulations, à l'aide du logiciel MSC MARC ®, seront réalisées pour reproduire des contacts élémentaires entre deux surfaces (comportement élasto-plastique, influence du frottement local)
Séance 1 : indentation (matériaux massifs, systèmes revêtus, systèmes multicouches)
Séance 2 : rayure mono-passe (matériaux massifs et systèmes revêtus)
Séance 3 : rayure multi-passe et usure (matériaux massifs et systèmes revêtus)
Contraintes pédagogiques - Méthodes pédagogiques
Utilisation de Moodle avec la mise à disposition de ressources pédagogiques, de descriptions des outils de caractérisation disponibles lors des séances de TP, de ressources associées à la modélisation numérique.
Contraintes pédagogiques - Moyens spécifiques
Utilisation des moyens de la PF SMIS (outils de caractérisation, outils de simulation numérique) pour les TP associés.
Mode d'évaluation
Projet : études de cas à réaliser en binôme ou en trinôme sur la durée du semestre, impliquant des moyens de production des surfaces à étudier (préparation des surfaces, revêtements, marquage, traitements thermochimiques) et les moyens de caractérisations.
Livrable : synthèse des travaux réalisés (préparation des échantillons, description des moyens de production et de caractérisation, plan d'expérience au regard d?léments bibliographiques, résultats essais et caractérisations, analyses des résultats), sous la forme d'un article scientifique.
Utilisation d'une grille de compétences pour réaliser l?valuation des étudiants
Quelques exemples
# Comportement tribologique de revêtements polymères de surfaces métalliques (laquage, thermolaquage, enduction par trempage en bain fluidis : influence des paramètres procédé sur les propriétés physico-chimiques et mécaniques
# Comportement tribologique de matériaux polymères et métalliques obtenues par différents procédés d'impression 3D (FDM, MIM like technology, SLA) : résistance à l'indentation, résistance à la rayure, résistance à l'usure
# Tenue mécanique de marquages obtenus par tampographie (surfaces polymères injectées ou imprimées 3D, surfaces métalliques) : résistance à l'abrasion, cycles thermiques, couplages électrochimiques, influence de l’tat de surface et de la préparation de la zone marquée (attaque chimique, décharge plasma froid)
# Tenue mécanique de revêtements métalliques obtenus par procédé électrolytique (trempage et au tampon) sur différents substrats : influence des paramètres procédé sur les propriétés physico-chimiques et mécaniques.
Bibliographie
(1) Frottement, usure et lubrification, La tribologie ou sciences des surfaces, J.M. Georges, CNRS Editions - Eyrolles
(2) Ingénierie des Surfaces, A. Cornet et J.P. Deville, EDP Sciences.
(3) Contact Mechanics, KL Johnson, Cambridge University Press.
(4) Collection des Actes des journées internationales francophone de tribologie, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (PPUR).
(5) Matériaux et Techniques Colloque Indentation 2014. Hervé Pelletier et Eric Lebourhis, Comportements mécaniques sous indentation, Matériaux & Techniques 103, 601 (2015).