Doctorat 2014-2017 (Bogdan Neagoe)

Modélisation expérimentale et numérique de phénomènes mécaniques, électrostatiques, tribologiques et hydro-dynamiques aux interfaces solide/solide, solide/fluide

L’Institut PPRIME a des compétences poussées dans trois domaines distincts :

  • modélisation expérimentale des phénomènes électro-fluido-dynamiques (génération de charges électriques à l’interface liquide-solide et par écoulement des particules solides
  • mécanique des contacts lubrifiés ou non (loi de frottement et d’adhérence entre solides et le comportement thermo-élastique de revêtements minces, modélisation des contacts hydrodynamiques avec ou sans élasticité des parois)
  • caractérisation des propriétés mécaniques des films minces, structures et interfaces

En s’appuyant sur ces compétences, ce travail de thèse de doctorat a comme objectif d’élaborer un modèle multi-physique capable de refléter d’une façon cohérente les propriétés et les phénomènes mécaniques (élastiques, tribologiques), thermiques, électrostatiques, fluido-dynamiques des contacts entre des solides, dans des milieux liquides ou gazeux.

Un tel modèle général devrait nous permettre d’apporter des réponses à plusieurs questions fondamentales :

  • quel est le comportement des couches de liquide très minces (micro-, voir nanométriques), en présence de contraintes mécaniques, thermiques et électriques sévères ?
  • comment la présence des particules, modifie l’écoulement des fluides, soumis également à des gradients de température, de pression ou de potentiel électrique ?

Les domaines d’application des connaissances ainsi acquises sont très divers :

  • micro-fluidique (« lab on a chip », refroidissement des circuits électroniques, …)
  • amélioration de la lubrification des mécanismes à des échelles allant du micron au mètre ;
  • développement de procédés innovants de séparation tribo-aéro-électrostatique des mélanges de matériaux finement divisés.

La démarche devrait être à la fois :

  • expérimentale, comportant la conception et la réalisation d’au moins deux bancs d’essais instrumentalisés pour l’étude des phénomènes mécaniques, thermiques, électriques aux interfaces solide/solide, solide/liquide, solide/gaz, en présence de contraintes multiples ;
  • numérique, comportant l’écriture des équations décrivant les diverses phénomènes et l’identification des meilleures techniques de calculs, adaptées à l’étude des phénomènes multi-physiques et multi-échelles.

Moyens mis en œuvre

– moyens matériels (expérimentaux, numériques : codes, calculateurs…) : banc de mesure de potentiel électrique de surface, tribomètre, voltmètres électrostatique 10 kV, alimentations haute tension 100 kV, 3 mA ; amplificateur haute tension 30 kV ; électromètres ; système d’acquisition de données…

– moyens humains (encadrement ingénieur, équipe : autres stagiaires, techniciens…) : deux enseignants-chercheurs de l’Institut PPRIME et deux stagiaires ERASMUS travaillent dans le cadre de cette action, inscrite dans le programme du projet LABEX- INTERACTIFS.


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