Doctorant·e Thèse Modélisation Multi-Échelle de l'Endommagement et du Transport de Gaz dans les Composites Thermoplastiques H/F - IMT Nord Europe

Unité : CERI MP

Responsable hiérarchique : Direction du CERI MP

Responsable fonctionnel : Dmytro VASIUKOV

Catégorie : Offre de thèse

Nature de l'emploi : CDD

Lieu de travail : Campus de Douai, Site Douai Centre de recherche, IMT Nord Europe Centre de recherche 764, Boulevard Lahure 59508 Douai

Contexte :

École sous tutelle du ministère de l'économie, des finances et de la souveraineté industrielle et numérique, IMT Nord Europe est née en 2017 de la fusion de Télécom Lille et de l'École des Mines de Douai. Elle compte aujourd'hui parmi les plus Grandes Écoles d'ingénieurs au Nord de Paris avec plus 2200 élèves, dont un quart d'apprentis, plus de 600 diplômés par an et un réseau de 15 000 diplômés. Elle fait partie de l'Institut Mines Télécom, premier groupe public de Grandes Écoles d'ingénieurs et de management de France, et est partenaire de l'université de Lille.

IMT Nord Europe a 3 missions principales : former des ingénieurs responsables aptes à résoudre les grandes problématiques du XXIème siècle ; mener des recherches débouchant sur des innovations à haute valeur ajoutée ; soutenir le développement des territoires notamment en facilitant l'innovation et les créations d'entreprises. Son objectif est de former les ingénieurs de demain, maîtrisant à la fois les technologies numériques et les savoir-faire industriels. Idéalement située au carrefour de l'Europe, à 1 heure de Paris, 30 minutes de Bruxelles et 1H30 de Londres, IMT Nord Europe a l'ambition de devenir un acteur majeur des grandes transformations industrielles, numériques et environnementales du XXIème siècle en combinant, tant dans ses enseignements et que dans sa recherche, les sciences de l'ingénieur et les technologies du digital.

Localisée sur 2 sites principaux d'enseignement et de recherche, à Lille et à Douai, IMT Nord Europe s'appuie sur plus de 20 000 m² de laboratoire pour développer un enseignement de haut niveau et une recherche d'excellence dans les trois domaines « Systèmes Numériques », « Energie Environnement » et « Matériaux et Procédés ».

Pour plus de détails, consulter le site internet de l'École : www.imt-nord-europe.fr

Le Centre d'Enseignement, de Recherche et d'Innovation Matériaux et Procédés (CERI MP) est l'un des trois grands centres de recherche d'IMT Nord Europe, situé principalement sur le campus de Douai. Il mène des activités de recherche, d'enseignement et d'innovation dans le domaine des matériaux, des procédés industriels et de l'économie circulaire.

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre de l'ANR AMESDEP (Approche multi-échelle de la relation entre les singularités de drapage, l'endommagement thermomécanique et la perméabilité de composites thermoplastiques jusqu'aux températures cryogéniques) qui associe l'Institut de Mécanique et d'Ingénierie de Bordeaux (I2M), l'Institut Clément Ader de Toulouse (ICA) et le Centre de Recherche Matériaux et Procédés (CERI MP).

Missions :

Cette thèse s'inscrit dans des travaux de recherche visant à développer une méthodologie de conception de réservoirs composites à matrice thermoplastique sans liner, en s'appuyant sur des modèles numériques et des données expérimentales issus d'études antérieures des trois équipes (I2M, ICA et CERI MP/IMT Nord Europe) dans le cadre du projet ANR/AMESDEP.

Les modèles disponibles dans la littérature permettent de prédire simultanément la résistance mécanique et la perméabilité de composites stratifiés soumis à des chargements thermomécaniques multiaxiaux. Toutefois, ces approches reposent sur plusieurs hypothèses simplificatrices, telles que l'épaisseur constante des plis, l'homogénéité des propriétés mécaniques à l'échelle microscopique, ou encore des hypothèses sur la pré-localisation des chemins de fissuration.

L'état de l'art montre que la perte d'étanchéité dépend de plusieurs paramètres : les propriétés des matériaux (matrice et interfaces), les défauts de fabrication par placement de fibre (porosités, gaps, overlaps, ondulations de plis, poches de résine), l'épaisseur du stratifié, l'orientation des plis ainsi que l'épaisseur des plis.

L'objectif final de cette thèse est de relier l'évolution des réseaux de fissures, en prenant en compte les défauts de fabrication, aux propriétés de perméabilité du matériau afin d'alimenter des lois phénoménologiques à l'échelle du stratifié.

Le doctorant aura pour mission de :

· développer des modèles numériques multi-échelles représentant les microstructures réelles des composites ;

· simuler les mécanismes de fissuration dans des matériaux sains puis comportant des défauts ;

· intégrer les effets des contraintes résiduelles d'origine thermique ;

· étudier l'impact des défauts (porosités, gaps, overlaps, ondulations de plis, poches de résine) sur l'endommagement ;

· modéliser le transport de gaz dans les matériaux fissurés ;

· confronter les résultats numériques aux observations expérimentales dans une logique essais/calculs.

Activités :

- Exploitation des données expérimentales (microscopies 2D et microtopographie X) afin de reconstruire numériquement les microstructures de composites et d'en caractériser les hétérogénéités (distribution des fibres, variations d'épaisseur des plis, défauts géométriques etc.).
- Mise en oeuvre des approches de reconstruction paramétriques et/ou par segmentation d'images pour générer des cellules représentatives à différentes échelles du composite stratifies (micro-, méso- ).
- Modélisation de l'endommagement des matériaux composites par une méthodes de champs de phase dédiées à la simulation de l'amorçage et de la propagation des fissures.
- Modélisation du transport de gaz dans les composites endommagés, afin de décrire l'évolution de la perméabilité dans le matériau sain jusqu'à l'écoulement dans les réseaux de fissures.
- Participation aux activités d'enseignement en domaine mécanique (dans la limite de 64 heures par année scolaire, pour les doctorants uniquement).

Profil du candidat : (Prérequis/ Diplôme)

Le candidat doit être titulaire d'un Master ou d'un diplôme d'ingénieur (Bac +5) en mécanique numérique, mécanique ou génie des matériaux. Il devra disposer de solides compétences en modélisation et en méthodes des éléments finis. Une expérience en développement numérique (Python/C++ ou codes de calcul par éléments finis) ainsi qu'en simulations thermomécaniques sera appréciée.

Savoir-être

Savoir faire

Connaissances

· Rigueur scientifique et sens de l'analyse

· Autonomie dans la conduite de travaux de recherche

· Capacité à travailler en équipe pluridisciplinaire et en environnement collaboratif

· Mo