Rapport d'activités de l'équipe  Matériaux avancés

Thèse 1: Prénom et Nom : Wissem ELKHAL LETAIEF
Année de première inscription en thèse : 2014/2015
Intitulé du sujet de thèse : Etude expérimentale et simulation numérique de l’effet d’hydrogène sur le comportement mécanique des alliages à mémoire de forme de type
Directeur de thèse: Fehmi GAMAOUN

Résumé :

-  En raison de leur bonne tenue à la corrosion et de leur biocompatibilité mécanique et chimique avec le tissu humain, les alliages à mémoire de forme de type Ni-Ti ont répondu à plusieurs dispositifs biomédicaux. En particulier dans le domaine de l’orthodontie, les fils orthodontiques en Nitinol offrent aux chirurgiens-dentistes force opportunités, notamment celle de venir à bout des postures dentaires les plus récalcitrantes. Néanmoins, une fois fixés dans la cavité buccale, les fils orthodontiques risquent d’être exposés aux atomes d’hydrogène qui proviennent des pâtes de dentifrice à base de fluorure ou des produits de rinçage.
Ainsi le compromis entre l’intérêt technologique du Ni-Ti et les effets indésirables de l’hydrogène nécessite l’intervention des scientifiques pour la réalisation d’une recherche approfondie. D’où provient l’idée de cette thèse qui tient compte de ce problème et des risques éventuels encourus par les mécanismes utilisant cet alliage. De ce fait, toute l’attention sera portée aux implications de l’hydrogène sur les alliages à mémoire de forme de type Ni-Ti.
Notre recherche suit une démarche déployée sur trois axes, allant de l’observation et la caractérisation expérimentale à la représentation de simulation, à savoir :

• La réalisation des essais mécaniques de relaxation sur le Ni-Ti dans les différentes conditions du chargement d’hydrogène.
• La modélisation d’un comportement mécanique tenant compte de l’effet d’hydrogène.
• L’utilisation du modèle obtenu dans un logiciel de simulation de structure.
  

Thèse 2: Prénom et Nom : Riheme SARRAJ
Année de première inscription en thèse : 2015/2016
Intitulé du sujet de thèse : Modélisation du comportement en fatigue des alliages à mémoire de forme en présence d’hydrogène
Directeur de thèse: Fehmi GAMAOUN

Résumé :

• Les alliages à mémoire de forme sont capables de stocker l’hydrogène, qui entraine une fragilisation de la structure et provoque des ruptures brusques à de faibles contraintes. Ce phénomène est aperçu dans les fils orthodontiques lors de leur utilisation. En outre, au cours de l’installation et la fixation des arches dentaires dans la cavité buccale, l’orthodontiste peut engendrer, lors de la manipulation des fils, des faibles nombres de chargement cycliques. Ces derniers entrainent l’apparition de la martensite résiduelle et des dislocations à l’intérieur de l’alliage. Cependant, après quelques mois d’utilisation de l’appareil dentaire à l’intérieur de la cavité buccale, l’hydrogène se diffuse et interagit avec les défauts présents, ce qui endommage le fil orthodontique.
• La modélisation du comportement en fatigue des matériaux à mémoire de forme n’a pas été étudiée jusqu’à nos jour. L’objectif global de cette thèse consiste à trouver un modèle 3D qui simule le comportement charge-décharge des alliages à mémoire de forme en tenant compte de l’évolution de la déformation résiduelle, des contraintes critiques de la transformation austénite-martensite du NiTi et de l’aire d’hystérésis. Cette dégradation des performances des fils orthodontiques sera étudiée dans les deux conditions : avec et sans chargement d’hydrogène.
• Ces deux années nous ont permis de nous situer dans les différentes problématiques à traiter d’une part. D’autre part, nous avons réalisé des essais de traction-compression cyclique des échantillons en alliage à mémoire de forme pour des différentes déformations imposées. En outre, pour étudier l’effet d’hydrogène sur le comportement des fils NiTi, nous avons eu recours à des essais cycliques après un chargement électrolytique dans une solution NaCl. (Article soumis)
• Dans un second temps, nous avons modifié le modèle existant de Lagoudas pour qu’il puisse simuler l'évolution des températures de transformations de phase, la génération et la croissance des déformations résiduelles et la diminution des contraintes critiques lors d’un chargement cyclique. En outre, nous avons introduit l’effet de vitesse dans ce modèle. (Article en cours)
• La suite de notre travail consistera donc à étudier l’effet de la vitesse sur le comportement des alliages à mémoire de forme en réalisant des essais de chargement cyclique sans et avec chargement par hydrogène pour des différentes déformations imposées et d’intégrer l’effet d’hydrogène sur le comportement des alliages à mémoire de forme au modèle déjà développé.

Thèse 3: Prénom et Nom : Aroua FATHALLAH
Année de première inscription en thèse : 2016/2017
Intitulé du sujet de thèse : Effet de l'Hydrogène sur le Comportement Mécanique des Fils d'Orthodontie en AMF : Simulation de Cas Réels de Correction.
Directeur de thèse: Tarek HASSINE

Résumé :

• Les fils de type Ni-Ti à effet super-élastique sont actuellement utilisés intensivement pour remplacer les aciers inoxydables permettant la production des fils orthodontiques. Plusieurs auteurs ont essayé de modéliser le comportement des fils d'orthodonties à travers des essais de traction. Cependant, aucune étude n'a été présentée, à notre connaissance, permettant de simuler le comportement des fils en Ni-Ti en présence d’hydrogène dans un cas de correction orthodontique.
• Une étude bibliographique a été établie. Elle présente les alliages à mémoire de forme d’une manière générale dans une première partie. La seconde partie s’intéresse à l’application de ces alliages dans le domaine d’orthodontie. Cette deuxième partie commence par la description du phénomène biologique, les mouvements dentaires possibles et le traitement de correction orthodontique. Ensuite, elle présente les fils en Ni-Ti et les propriétés mécaniques de cet AMF.
• Des essais de flexion du fil en AMF Ni-Ti ont été simulés numériquement permettant de déterminer la force générée par ce fil lorsqu’il est inséré dans trois boitiers orthodontiques.
• Un modèle 2D, comportant une dent, le ligament parodontal et l’os, a été conçu. A travers ce modèle, trois mouvements orthodontiques ont été reproduits pour une durée de traitement égale à un mois en intégrant la loi de remodelage osseux. Les résultats numériques obtenus coïncident avec les résultats cliniques qui affirment que, pendant un mois, le déplacement dentaire est de l’ordre de 1 à 1.2mm.
• Dans un travail ultérieur, nous allons préparer un montage qui permet de reproduire quelques mouvements orthodontiques pour déterminer le comportement du fil en AMF Ni-Ti en présence de l’hydrogène, intégrer l’effet de l’hydrogène dans une loi de comportement et valider les résultats numériques par les résultats expérimentaux.

Thèse 4: : Mohamed Amine LARIBI
Année de première inscription en thèse : 2013/2014
Spécialité : Mécanique de matériaux
Intitulé du sujet de thèse :Caractérisation et Modélisation du comportement micromécanique des matériaux composites SMC sous chargement thermomécanique de type quasi-statique et fatigue.

Directeur de thèse : Hachmi BEN DALY
Structure de recherche & Etablissement : Laboratoire de Mécanique deSousse, LMS
Dans le cas d'une thèse en cotutelle :
Co-Directeur de thèse :Abbas TCHARKHTCHI
Etablissement/Université : Ecole Nationale des Arts et Métiers, ENSAM ParisTech
Pays : France

Résumé :

• Les matériaux SMC (SheetMouldingCompound) sont au cœur des développements de structures composites dans l’industrie automobile, notamment pour des pièces de carrosserie. Ce matériau est utilisé pour certain pièces d’habillage et de structure tels que les capots moteur, les bandereaux latéraux, plancher et calandres ainsi comme absorbeurs de chocs.
• L’analyse et les développements proposés dans cette étude sont fondés sur une constatation expérimentale essentielle : les matériaux composites à renforts discontinus lorsqu’ils sont soumis à des chargements répétés subissent un endommagement diffus qui se traduit par une baisse de raideur progressive. De précédentes études ont montré que, comme dans le cas des chargements monotones quasi-statiques, c’est essentiellement l’endommagement à l’interface fibre-matrice qui est à l’origine de la baisse de raideur. En traction quasi-statique, on peut constater que la première non-linéarité intervient dès 20 à 30% de la charge à rupture simultanément avec les premiers décollements d’interface fibre-matrice. Le phénomène est diffus et touche progressivement toutes les orientations de fibres avant coalescence des fissures et rupture.
• L'objectif de l'étude est d’apporter une réponse à un besoin de maîtrise du dimensionnement de pièce de structure en composite SMC soumis à des sollicitations de type fatigue sous différents niveaux de température.
• Ainsi, cette étude se décompose en une partie expérimentale et une partie modélisation. Les résultats expérimentaux sont utilisés pour accéder aux données nécessaire à la construction d'un modèle micromécanique prédictif qui à son tour fournira les éléments nécessaires aux calculs de structure par éléments finis.

Thèse 5:  Hassen MEFTAH
Année de première inscription en thèse : 2014/2015
Spécialité : Mécanique de matériaux
Intitulé du sujet de thèse : Etude du comportement dynamique couplée au vieillissement de composites totalement recyclés à renfort carbone : de la caractérisation à la modélisation multi-échelles
Directeur de thèse : Hachmi BEN DALY
Structure de recherche & Etablissement : Laboratoire de Mécanique deSousse, LMS
Dans le cas d'une thèse en cotutelle :
Co-Directeur de thèse :Abbas TCHARKHTCHI
Etablissement/Université : Ecole Nationale des Arts et Métiers, ENSAM ParisTech
Pays : France

Résumé :

• Ce travail se déroule suivant deux axes complémentaires. Le premier axe consiste à d’étudier et de modéliser d’une part le comportement mécanique à grandes vitesse de sollicitation (de 10-3 à 100 s-1) d’un composite totalement recyclé destiné pour des applications automobiles de type crash et comprendre les mécanismes d’endommagement qui entrent en jeu. Quant au deuxième axe, il s’intéresse, d’une part à l’étude et la modélisation cinétique de l’effet du vieillissement thermique (oxydation) sur la matrice et son composite. D’autre part, une étude de l’influence de l’oxydation sur le comportement mécanique à l’échelle macro (à différentes vitesses de déformations) et micro (essais in situ) du composite est mise en place. La finalité derrière ce travail est de coupler développer une méthodologie expérimentale et numérique permettant d'appréhender le couplage vieillissement-crash de façon prédictive pour le dimensionnement des pièces automobiles.
  

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