Nicolas RancChercheur en physique des matériaux

Consolidator Grants

Portrait

Nicolas Ranc est un ancien élève de l’École normale supérieure de Cachan. Il a réalisé son doctorat à l’Université Paris 10 Nanterre en 2004 sur les effets thermiques dans les matériaux métalliques sollicités à grande vitesse de déformation. Il est actuellement maître de conférences à l’École nationale supérieure d'arts et métiers (ENSAM Paris) et effectue ses recherches au sein du laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux (PIMM, CNRS/ENSAM/CNAM) notamment dans le domaine de la fatigue à très grand nombre de cycles.

Projet FastMat - Fast determination of fatigue properties of materials beyond one billion cycles

Déterminer rapidement les propriétés en fatigue des matériaux métalliques au-delà du milliard de cycles


Certains matériaux, notamment dans le domaine des transports, peuvent rompre à force de sollicitations répétées. Le projet FastMat, mené par Nicolas Ranc au laboratoire Procédés et ingénierie en mécanique et matériaux, vise à déterminer rapidement le temps de caractérisation des propriétés en « fatigue » des matériaux métalliques au delà du milliard de cycles afin de mieux dimensionner leur structure et assurer leur stabilité. Ces travaux ont été récompensés par une bourse ERC Consolidator Grant 2016.

Nous savons depuis longtemps que les matériaux peuvent rompre suite à des sollicitations répétées avec des amplitudes inférieures à celle nécessaire pour atteindre la rupture en un seul chargement. Ce phénomène est appelé la « fatigue » des matériaux. Aujourd’hui omniprésent autour de nous, on peut notamment retrouver ce phénomène dans le domaine des transports, où il n’est pas rare d'être confronté à des structures sollicitées à plus d’un milliard de cycles. La difficulté majeure est alors d’être capable de caractériser le comportement en fatigue des matériaux au-delà du milliard de cycles afin de bien dimensionner les structures et assurer leur sécurité, et ceci avec des temps d’essais les plus courts possibles. L’enjeu est de taille car cela peut prendre plus de trois ans pour atteindre le milliard de cycles avec une machine d’essai hydraulique classique.

Le projet FastMat a pour ambition de développer des nouvelles méthodes de caractérisation du comportement en fatigue des matériaux métalliques basées sur la mesure de l’auto-échauffement pendant un essai de fatigue interrompu. L’objectif est de diminuer considérablement les durées d’essais et donc le temps de caractérisation des propriétés en fatigue des matériaux. Ce projet se décompose en une partie expérimentale où l’on cherche pendant une sollicitation cyclique à haute fréquence à quantifier à la fois l’énergie dissipée via des mesures de température et le travail mécanique apporté via la mesure de la déformation et de la contrainte. Un bilan énergétique permet alors d’en déduire l’évolution de l’énergie interne et donc l’endommagement du matériau pendant cette sollicitation. Un point fort de cette partie expérimentale est d'effectuer de la mesure de contrainte par diffraction des rayons X résolue en temps (temps caractéristique de 1µs à 10ns) pendant la sollicitation. En parallèle, une approche numérique basée sur des simulations de dynamique des dislocations discrètes seront menées pour mieux comprendre le lien entre auto-échauffement et endommagement en fatigue et donc de mieux interpréter les données expérimentales.

fig
© PIMM
Expérience de diffraction des rayon X résolue en temps pendant un essai de fatigue ultrasonique.