CoMHet team
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Mechanics and multi-physical couplings of heterogeneous media

Research activities

The research activities of the CoMHet team focus on multi-scale mechanics and Multi-physical Couplings of Heterogeneous media. The materials and systems we study are essentially porous and/or divided media, made of deformable, milli- or micro-metric, ordered or disordered assemblies
of fibers or grains, with or without cohesion, with or without a surrounding fluid/soft matrix. The common objective of this work is to characterize, understand and model the microstructures, physics and mechanics of these media.
The activities of the CoMHet team are divided into three main research areas:

Les milieux divisés que nous étudions sont constitués d’assemblages de fibres ou de grains déformables, milli- ou micro-métriques, ordonnés ou désordonnés, avec ou sans cohésion, avec ou sans matrice fluide/molle environnante. Ces milieux sont caractérisés par la déformation de leurs particules (fibres ou grains) et de forts déplacements relatifs entre elles. Ces phénomènes sont étroitement liés à la géométrie et au comportement mécanique des particules elles-mêmes et de leurs contacts, et, le cas échéant, de leur matrice environnante. Nous cherchons à caractériser ces microstructures évolutives et leurs mécanismes de déformations pour mieux comprendre et modéliser le comportement mécanique fortement non-linéaire, irréversible et anisotrope des milieux qu’elles constituent.

Nous nous intéressons plus particulièrement aux matériaux et structures suivantes :

  • structures fibreuses quasi-ordonnées: textiles et autres renforts fibreux techniques pour matériaux composites structuraux (e.g. structures tissées de type interlock 3D, sergés ou toiles enduites) ou pour biomatériaux (e.g. coils pour anévrismes cérébraux, endoprothèses vasculaires ou scaffolds pour ligaments)

  • structures fibreuses désordonnées: matériaux fibreux biosourcés (papiers, cartons, nanopapiers), milieux fibreux auto-enchevêtrés (monofilamentaires, papiers froissés)

  • gels et suspensions de fibres : Sheet Molding Compounds, suspensions de fibres flexibles en régime turbulent, gels et mousses de nanofibrilles de cellulose

  • tissus biologiques : artères, cordes vocales

  • milieux pulvérulents : poudres métalliques ductiles, poudres polymères biosourcées

Les champs d'applications touchent les domaines des transports (aéronautique, automobile, naval, emballage), de la santé (biomécanique vasculaire et phonatoire, biomatériaux du/pour le vivant), et de l'environnement (énergies renouvelables, génie civil, météorologie, traitements des eaux).

Ingénieurs CDD en cours

  • T. Vié (2018) - Développement expérimental pour la caractérisation des poudres sur presses hydrauliques.

Post-docs en cours

  • D. Kunhappan (2019) - Simulation numérique de l'écoulement de suspensions de fibres - col. 3SR / LEGI / LaMCoS

Thèses en cours

Alumni

Post-docs
  • G. Molnar (2017) - From the Nanostructure and the mechanics of NanoFibrils of Cellulose to the Gel-like Rheology of Concentrated NFC Suspensions. col. 3SR /CERMAV / ILM / LaMCoS

  • E. Walger (2017-2018) - Développement de bioraffineries à partir de fibres de recyclées : production d’amidon et de glucose recyclés - col. LGP2 / 3SR

  • A. Regazzi  (2015) - Compression de Poudres Polymères : Application aux Composites Biosourcés

Thèses
Mots clés : mécanique des structures fibreuses quasi-ordonnées (tissus, tricots, tresses, mèches) ou désordonnées (mats, papiers, tissus vivants...), rhéologie des gels et suspensions de fibres, poudres, grains, interfaces, contact.

La microstructure des milieux poreux peut fortement évoluer en raison de la sollicitation mécanique appliquée, mais aussi en raison d’autres processus physico-chimiques ou biologiques. Ces modifications ont des conséquences significatives sur les propriétés macroscopiques physiques et mécaniques de ces milieux. Dans ce contexte, les principaux objectifs de cette thématique sont :

  • de caractériser, dans des conditions contrôlées, l’évolution microstructurale de milieux poreux induite par ces processus complexes
  • de comprendre et modéliser ces processus à l’échelle des pores
  • de modéliser et quantifier l’influence de ces évolutions microstructurales sur les propriétés mécaniques et de transfert macroscopiques
Les champs d'applications touchent les domaines de la météo (métamorphose de la neige), des procédés de dépollution (biofiltration), du génie civil (renforcement des sols), de l'élaboration de matériaux fibreux architecturés et biosourcés pour le transport de personnes et de biens (mousses, papier, carton, composites)

Post-docs en cours

  • J. Hammond (2018-2019) - Biopiles à glucose en série pour alimenter des dispositifs jetables - col. DCM / 3SR
  • Q. Charlier (2018-2020) - Soudage par ultrasons de papiers et cartons - col. 3SR / CTP / LGP2 / SONIMAT

Thèses en cours

Alumni

Post-docs
  • T. Ivankovic (2014-2015) - Experimental investigation of biomass distribution in porous media using X-Ray Tomography
  • J. Viguié (2015) - Soudage par compression ultrasonore de matériaux fibreux lignocellulosiques
Thèses
Mots clés : biofilms, biocalcification, changement de phase, imprégnation, hygro-expansion et séchage, soudage par ultra-sons, interaction fluide-structure

Les sollicitations mécaniques engendrent des modifications de la tenue ultime des matériaux en service. Nous nous intéressons par exemple tant à la propagation d'une fissure au sein de matériaux hétérogènes, qu'à l'influence des chargements complexes (multiaxial) sur le comportement mécanique.

Le thème de la fatigue est traité au travers d’une approche de type énergique, depuis les années 90, basée sur deux paramètres énergétiques : (i) le premier associé à un taux d’énergie interne, lié au niveau microstructural à un comportement réversible du type élastique; (ii) le second associé à un taux de dissipation non calorifique du type entropique. Ces paramètres ne représentent qu’une fraction de l’énergie mécanique totale. Le modèle mécanique associé est capable de reproduire de façon précise les effets thermomécaniques engendrés par les chargements cycliques complexes. Les résultats ainsi obtenus, sont pertinents au regard de la problématique de la fatigue multiaxiale à chargements complexes.

La propagation de fractures au sein de matériaux multi-échelles est étudiée tant sur le plan numérique (développement de modèles) qu'expérimental (visualisation in-situ). Le but est d'identifier les effets des hétérogénéités du matériau (papiers, bétons) sur la propagation de la fissure, en particulier la succession des apparitions, nucléations et arrêts des micro-fractures.
 
Les champs d'applications touchent les domaines de l'énergie (métaux, béton), l'emballage (matériaux fibreux, papier, composites), le génie civil et la géotechnique.
 

Thèses en cours

Alumni

Ingénieurs
  • J. Noël (2016-2017) - PSPC Innov'Hydro : Analyse des sollicitations mécaniques subies par les turbines, production d'essais et de protocoles de fatigue pour la qualification des matériaux - col. 3SR / GE
Thèses
Mots clés: rupture, endommagement, fatigue, approches théoriques expérimentales et numériques, thermomécanique, multi-échelles


Our methodology consists in using a multi-scale and multi-physics approach through the implementation of cutting edge methods and tools for experimental, theoretical and numerical mechanics:
 
  • Experimental mechanics: thermo-hygro regulated mechanical tests coupled with kinematic field measurements (particle tracking/(S)DIC) and 3D characterization of microstructures (X-ray microtomography). The mechanical set-ups used cover a wide range of loading types (static, cyclic, dynamic, multi-axial) and forces (5 N to 500 kN). In the particular case of X-ray microtomography, we develop protocols for the image acquisition and 3D analysis of complex microstructures.
  • Theoretical and numerical mechanics: we develop and use discrete or continuous homogenization techniques, constitutive equations, analytical approaches at the interface between statistical physics and continuum mechanics, estimation of effective mechanical and structural
    properties with finite element, finite volume or discrete coarse-grained methods.

Recent publications

 
Mis à jour le 30 March 2022