Groupes thématiques de recherche

Les groupes thématiques de recherche rassemblent des chercheurs des équipes SIM et SIN autour d’objectifs scientifiques et/ou domaines d’application correspondant à des défis scientifiques d’actualité :

Les domaines d’application de ces recherches concernent l’énergie (stockage, conversion), les transports (aérospatial, ferroviaire, automobile), le génie civil (sols, sismique), la santé (biomécanique des prothèses, bioingénierie des tissus).

Bio-ingénierie et biomécanique

Ce groupe de recherche explore les champs où la mécanique influence largement le développement de processus biologiques.

  • En biomécanique dentaire, notre travail à l'échelle du tissu révèle la microstructure poreuse de la dentine et conduit à une modèle mécanique basé sur cette connaissance ;
  • En biomécanique cellulaire, la contribution du noyau pendant la diffusion confinée des cellules est décrite en utilisant une modélisation par éléments finis (EF) ;
  • En ingénierie des tissus osseux, la contribution de bioréacteurs à perfusion est étudiée avec un dialogue simulation-expérience. Le profil d'écoulement optimal (en terme de contrainte de cisaillement à la paroi) afin d'améliorer la prolifération cellulaire est établi grâce à un stratégie combinant imagerie 3D (µCT) et simulation (LBM).

Image ci-contre : Observation de cellules osseuses dans un bioréacteur par micro-tomographie à rayons X.

Cellules osseuses dans un bioréacteur (micro-tomographie à rayons X)

Câbles et structures minces

Ce groupe de recherche a pour objectif de caractériser les propriétés mécaniques de câbles et de structures minces, et de prédire la survenue de l’endommagement dans de telles structures, en intégrant les deux approches expérimentales et numériques.

  • À l’échelle la plus petite, des essais in situ sous microscope électronique à balayage (MEB) couplés à une analyse d’image et des techniques de reconstruction sont développés pour évaluer le profil de contraintes résiduelles dû au tréfilage des fils d’acier ;
  • À l’échelle intermédiaire, des essais expérimentaux évaluent la défaillance en fatigue des fils ;
  • Des modèles numériques sont mis en œuvre aux échelles micro- et macroscopique pour rendre compte du comportement transverse de câbles de fils de carbone utilisés pour des préformes tissées de pièces composites.

Image ci-contre : Simulation du comportement transverse d'un câble à plusieurs torons (Multifil).

Simulation du comportement transverse d'un câble à plusieurs torons

Évaluation des risques et propagation d'ondes

Ce groupe de recherche s'intéresse à la modélisation de phénomènes de propagation d'ondes dans divers milieux hétérogènes ou architecturés.

  • Dans le domaine d'étude des séismes, la propagation d'onde est modélisée à l'échelle régionale, de la faille jusqu'aux immeubles et installations, en prenant en compte les hétérogénéités aléatoires des caractéristiques du sol et les effets non linéaires, et en prêtant attention à la quantification des incertitudes ;
  • Pour le contrôle non destructif (CND) par ultrasons, des approches théoriques et numériques sont développées pour explorer la corrélation entre la propagation d'onde ultrasonore et la microstructure polycristalline et pour améliorer la modélisation des mécanismes de diffusion du grain dans le matériau polycristallin ;
  • Les phénomènes de propagation d'onde dans des milieux périodiques ou quasi-périodiques sont étudiés à la fois théoriquement et numériquement, pour une meilleure compréhension des phénomènes de bande interdite, avec des applications dans la conception de métamatériaux ;
  • Les modèles de propagation d'onde sont aussi utilisés en combinaison avec des modèles acoustiques pour étudier le bruit généré par le passage des trains sur les voies ferrées.

Image ci-contre : Propagation d'une onde sismique dans le bassin d'Argostóli.

Propagation d'une onde sismique dans le bassin d'Argostóli


Simulation source vers site pour un scenario de fort mouvement du sol (Mw6.0) dans la région de Cadarache (SE de la France), avec 4,95 milliards de degrés de liberté. Code : SEM3D (Ver 2017.04 enregistré à l'Agence française de protection des programmes -- Dépôt APP, 2017). Simulation effectuée sur Occigen (CINES allocation 2020-A0080410444) on 2000 MPI processes.


Détails de la simulation précédente. Le contour du bassin sédimentaire sous le site nucléaire de Cadarcahe est souligné.

Contact : David Castro-Cruz (david.castro-cruz .at. centralesupelec.fr) ingénieur de recherche en génie parasismique numérique.

Méthodes numériques avancées

L'objectif de ce groupe de recherche se décompose en deux parties : d'une part fournir des outils numériques avancés pour contribuer aux activités des autres groupes de recherche, et d''autre part développer des avancées fondamentales pour la théorie et la mise en œuvre numérique de ces méthodes.

De récentes avancées sont notablement obtenues pour les méthodes suivantes :

  • Le cadre Arlequin, dans le domaine de la fabrication additive et de la mécanique du contact ;
  • La méthode de Galerkine discontinue par éléments finis pour la propagation d'ondes ultrasonores dans des matériaux polycristallins ;
  • La méthode des éléments spectraux pour la simulation de scénarii sismiques à grande échelle ;
  • L'amélioration des simulations numériques en utilisant l'intelligence artificielle (IA) et la « mémoire morte » (ROM).

Ce groupe est également un utilisateur principal et un contributeur des superordinateurs régional (Mésocentre Moulon) et nationaux / européens (GENCI).

Image ci-contre : Temps UCT rapporté à un tremblement de terre réel tCPU/tEQ, pour différents nombres de degrés de liberté (DOF). BP et CP correspondent respectivement à la prédiction en aveugle (blind prediction) et en aveugle corrigé (corrected-blind prediction).

Temps UCT pour différents nombres de degrés de liberté

Nano-renforts

Ce groupe de recherche est dédié à l'amélioration de différentes caractéristiques physiques par l'introduction de nano-renforts dans des composites à base polymère. Les activités menées sont relatives à :

  • L'optimisation par une approche multi-échelle et multiphysique et le développement d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) verte (synthèse contrôlée et zéro émission de produits dangereux) ;
  • Le grapillage et le stockage d'énergie pour des capteurs et pour une grande puissance, avec des sources d'énergie telles que les vibrations (Flagship NanoVIBES du Labex NanoSaclay), les vagues / mouvement perpétuel, le roulement de pneus, le compactage de sièges, etc. Nous nous focalisons sur la préparation de matériaux innovants et la caractérisation des propriétés multifonctionnelles (triboélectricité par exemple) ;
  • L'intégration de solutions pour des composites multi-échelle et multifonctionnels haute performance de haute sécurité, basés sur notre concept de renforcement hybride permettant l'emploi plus sûr d'une moindre quantité de charges. Les applications envisagées sont les composites de structure et les peintures, la furtivité radar, et les interférences électromagnétiques (EMI).

Image ci-contre : Comparaison de la conductivité AC : simulation (en tenant compte de l'effet tunnel) et mesure expérimentale (MSSMat-GeePs).

Conductivité AC : simulation vs. expérience