Les recherches menées par l’équipe Matériaux naturels poreux, concernent les activités liées à la caractérisation et l’utilisation de matériaux naturels poreux de construction du génie civil. Le niveau d’investigation se situe à plusieurs échelles :

1. caractérisation de la microstructure à l’aide de divers microscopie et tomographie
2. caractérisation géométrique, physico chimique et mécanique à l’échelle du grain ou de la fibre
3. interaction avec les liants de nature minérale, organiques et non organiques
4. comportement multi physique à l’échelle de l’élément de la structure en mécanique et en génie civil

Activités scientifiques

Le thème est organisé selon les activités scientifiques suivantes :

• Mise en œuvre et caractérisation du comportement des matériaux naturels poreux :
  

  • Caractérisation multi échelles de bio sourcés

    • Matériaux de construction à base de granulats d’origine végétale (Chènevotte, Moelle de tournesol, tournesol broyé, copeaux de bois…)
    • Mise en œuvre et caractérisation du comportement des matériaux bio-sources à base de fibres de tournesol pour l'isolation thermique et phonique des bâtiments

  • Liants adaptés aux matériaux bio-sourcés

    • Elaboration d’un liant cimentaire à base de matériaux locaux (ponce/chaux)
  • Formulation et mise en œuvre de composites bio-sourcés.
  • • Mise en œuvre et caractérisation du comportement des matériaux bio-sources à base de fibres végétales.
    • Mise au point de bétons de végétaux à performances mécaniques améliorées pour le bâtiment.
    • Mise au point de matériaux poreux naturels drainants et rafraichissants
    • Caractérisation expérimentale des matériaux.

• Actions Matériaux Numériques

  • Homogénéisation numérique multi-échelle
  • Modélisation aléatoire de la microstructure

Plaquette de présentation

Le thème scientifique est constitué de 8 permanents, et 3 doctorants dont les travaux sont en cours :

Permanents

• E. Toussaint (PR, Clermont Auvergne INP, Polytech, Référent scientifique)
• S. Amziane (PR, Clermont Auvergne INP, Polytech)
• O. Homoro (MCF, Clermont Auvergne INP, Polytech)
• S. Ouldboukhitine (MCF, IUT Clermont Auvergne)
• M. Taazount (MCF, Clermont Auvergne INP, Polytech)

Doctorants

• Khaled Seifeddine : Mise au point d’une solution innovante de revêtements drainants
  et à effet rafraichissant, soutenance prévue en novembre 2022
• Ghadie Tlaiji : Modélisation théorique et expérimentale du comportement
  énergétique et environnemental des matériaux de construction biosourcés, soutenance
  prévue en novembre 2022

Thèses soutenues

• Richard Ntenga : Modélisation multi-échelle et caractérisation de l’anisotropie élastique de fibres végétales pour le renforcement de matériaux composites, thèse soutenue le 04 juillet 2007.
• Agnès Roudier : Analyse multi-échelle du comportement hygro-mécanique des fibres de lin, thèse soutenue le 04 avril 2012.
• Fabien Béténé Ebanda : Etude des propriétés mécaniques et thermiques du plâtre renforcé de fibres végétales tropicales, thèse soutenue le 30 novembre 2012.
• Florence Saulnier : Influence de traitements physico-chimiques des renforts sur le comportement mécanique des composantes à base de co-produits de bois, thèse soutenue le 12 décembre 2013.
• Vincent Nozahic : Valorisation du tournesol et de la ponce dans les matériaux de construction, thèse soutenue le 19 septembre 2012.
• Shengnan Sun : Modélisation et caractérisation mécanique d’un composite bio-sourcé par mesure de champs cinématiques sans contact, soutenance le 14 avril 2014
• César Niyigena : Variabilité des performances des bétons de chanvre en fonction des caractéristiques de la chènevotte produite en Auvergne, soutenue en juin 2016
  
• Anh Vu Nguyen : Matériaux composites à renfort végétal pour l’allègement de pièces mobiles de systèmes robotiques, soutenue en 2015
• Guillaume Delannoy : Durabilité d'isolants à base de granulats végétaux, thèse soutenue le 18 octobre 2018
• Husam Wadi : Structural behaviour of lateral load-carrying capacity of timber frame walls filled with hemp concrete : experimental study and numerical analysis, soutenue le 26 avril 2019
• Maroua Benkhaled : Modélisation théorique et expérimentale du comportement énergétique et environnemental des matériaux de construction biosourcés, soutenue le 4 décembre 2020
• Joseph Sheridan, thèse soutenue en Novembre 2018

Collaborations sur les 5 dernières années

Locales

• Institut de Chimie de Clermont-Ferrand, UMR 6296 UBP/CNRS/ENSCCF
• C-BIOSENSS, EA 4676 UDA
•  Plateau technique de microscopie, INRA de Clermont-Ferrand-Theix

Nationales

• PRISME, UPRES 4229, Université d’Orléans
• LAUM, UMR 6613 CNRS / Université du Maine
• GEMH Limoges
• IRSTEA Montpellier
• ENSAM Cluny
• IUT Rennes
• Université Bretagne Sud (Lorient)
• IFSTTAR
• INSA Toulouse
• Université de Toulouse
• IRSTEA Clermont-Ferrand

Internationales

• Université de Douala, Cameroun
• Université Catholique de Louvain, Belgique
• Queens University of Belfast (Irlande du Nord)
• University of Bath (Royaume Unis)
• Université d’Annaba (Algérie)

Contrats sur les 5 dernières années

• Projet « Composite à base de bois auvergnat (COMBAT) », financement de la Région d’Auvergne dans le cadre du programme « Nouveau Chercheur » (2010-2013)
• Matériaux et Procédés de Substitution (MaProSu) du CNRS (2009)
• ANR DEMETHER (2011-2014)
• Validation de deux formulations de bétons Liant Vicat /Chanvre (Mécanique et Thermique), Entreprise, VICAT
• Caractérisation du comportement mécanique et thermique des bétons de chanvre (Ciment naturel / Chanvre d’auvergne), Entreprise, VICAT.
• Caractérisation en vue de certification du chanvre d’Auvergne (2010 à 2014), CIVAM Auvergne
• 2009-2012 AGROBETON I: Conception d’un Eco matériau pour le génie civil à base de fibres végétales et de Liants Locaux – Projet multipartenaire (Laboratoire Magma et Volcan, VetagroSup Clermont Ferrand, FFB Auvergne, FRCIVAM) Financement, FEDER/Région Auvergne, FFB: 120 K euros
• AGROBETON II : Variabilité des performances des bétons de chanvre en fonction des caractéristiques de la chènevotte produite en Auvergne – Projet Multipartenaire (Institut Pascal, FR CIVAM), Financement, FEDER/Région Auvergne : 115 K euros
• 2013-2015 –projet ECOGRAFI Plateforme à vocation recherche sur l’ECO – valorisation des matériaux GRAnulaires et Fibreux (Financement Région, Département, Ville : 840 K€)

Moyens expérimentaux et/ou de calcul

• Microtomographe SKYSCAN 1174 avec cellule de traction compression 440 N, résolution spatiale 6 à 30 µm
• Machines de traction, de flexion, de fatigue, de fluage, équipées de cellules de charge de différentes capacités
• MEB de table PHENOM, FEI
• Procédés de mise en œuvre des composites
• Matlab, ABAQUS, ANSYS
• Microscope optique
• 2 caméras CCD SENSICAM à capteur 12 bits refroidi 1040 x 1376 pixels
• Caméra CCD PCO 2000 à capteur 14 bits refroidi 2048 x 2048 pixels
• Caméra thermique CEDIP Jade 3 240 x 360 pixels

Matériaux Innovants (Mat Inn)

Présentation

Les membres du thème "Matériaux Innovants" travaillent à développer des connaissances sur le comportement des matériaux, leur traitement et à développer des outils permettant de modéliser ces comportements. Les matériaux étudiés sont aussi bien synthétiques (actifs, intelligents...) que bio-sourcés (composites, bétons, bois...), et ont de fortes applications dans les domaines de la mécanique, du génie civil et même dans l'aérospatial et le médical. Les expérimentations et modélisations associées sont réalisées selon des approches multi-échelles et multi-physiques qui intègrent pour certaines des techniques d’homogénéisation (linéaire ou non-linéaire). L’originalité des travaux du thème réside dans son approche à large spectre, tant d'un point de vue des méthodes appliquées (expérimentales, numériques ou théoriques) que des matériaux considérés ou mêmes que des paramètres étudiés (mécanique, thermique, hydrique...), tout en se focalisant sur le caractère innovant des recherches entreprises.

Mots clés :

Opérations de recherche :

OR1 : MAI2M : Matériaux Actifs et Innovants et Modélisation Multi-échelle.

Responsable : Yuri Lapusta

Participants : Francois Auslender, Frédéric Chapelle, Florence Labesse-Jied, Rostand Moutou-Pitti

OR 2 : Mat Bio : Matériaux naturels poreux

Responsable : Evelyne Toussaint

Participants : S. Amziane, O. Homoro, S. Ouldboukhitine, M. Taazount

OR3 - Traitement de surface par plasmas froids

Responsable : Sébastien Menecier

participants : Emmanuel Duffour, Frédéric Perisse, Karine Charlet

OR4 - Rentrées Atmosphériques

responsable : Damien Vacher

Les recherches de la thématique sont menées dans le cadre de projets et de coopérations locales, nationales et internationales. Plusieurs des travaux de recherches de la thématique sont menées en interaction avec le milieu industriel.

Ressources

Equipements d’essais pour la thermique

Cellule de transfert thermique pour parois de 1m2
 Appareil de mesure de la conductivité par la méthode des flux
 Appareil de mesure de la conductivité par la méthode du “fil chaud”
 Appareil de mesure de l’effusivité par la méthode du “plan chaud”
 Appareil de mesure de la diffusivité par la méthode de “l’anneau chaud”
 Rhéomètre
 Enceinte thermique

Fabrication et conditionnement de matériaux

Malaxeur pour bétons
Malaxeur adapté aux matériaux fibreux
Etuves
Bain thermostaté
Espaces de fabrication et de stockage avec atmosphère contrôlée (température et hygrométrie)

Traitements des matériaux

Torches à plasmas froids atmosphériques
Torche ICP

Matériel de mesures / capteurs

Parc de capteurs de force (étendues de mesures disponibles de 500N à 2000kN)
Parc de capteurs de déplacement (étendues de mesures disponibles de 2mm à 1000mm)
Inclinomètres, accéléromètres, capteurs de pression
Centrale d’acquisition HBM MGCPlus (48 voies pour jauges de déformation)
Centrales d’acquisition HBM Quantum (40 voies de mesures au total)
Centrales d’acquisition HBM Spider (32 voies de mesures au total)
Caméra 3D (mesures de déplacements)
Caméras 2D (mesures de champs de déplacements et de déformations)
Humidimètre capacitif et thermo-hygromètre Merlin

Spectromètres optiques à émission
Interféromètre de Mach Zehnder
Sondes haute-tension

Quantification des Incertitudes  (QI)

Présentation

Notre recherche a pour objectif de mettre au point des méthodologies de calcul utilisées pour la quantification des incertitudes des systèmes en ingénierie. Les solutions innovantes développées par le thème contribuent à une conception prenant en compte les incertitudes inévitablement présentes dans de nombreux systèmes.

Les sujets d’études abordés incluent la modélisation stochastique, l’inférence statistique, la propagation d’incertitudes pour les analyses de sensibilité ou de fiabilité, l’optimisation en présence d’incertitudes.

Les principaux champs d’applications investigués par nos chercheurs sont la mécanique des structures (statique, dynamique, fatigue, aspects non-linéaires), l’analyse des tolérances statistique, le choix de politiques optimales de maintenance des structures.

Mots clés :

Incertitudes, modélisation probabiliste, identification, conception, optimisation, fiabilité, méta-modélisation

Les actions de recherche de la thématique peuvent se résumer comme suit :

• Approches Probabilistes et Stochastiques 
• Fiabilité et optimisation des structures et des systèmes

Responsables

Machines, Robots et Systèmes industriels  (MRSI)

Présentation

Le thème MRSI a comme objectifs la conception avancée et l’excellence opérationnelle des machines, robots et systèmes industriels et logistiques. Il s’inscrit ainsi dans une démarche de conception innovante et d’optimisation de mécanismes et systèmes mécatroniques, des processus de fabrication et des moyens de production. Ces recherches sont menées à trois niveaux : le premier consiste à élaborer des outils d’analyse et de synthèse structurale et géométrique de mécanismes complexes, tels que les robots parallèles et reconfigurables, et intégrer des matériaux intelligents et souples ; le second consiste à développer et mettre en œuvre des approches de conception avancée, de modélisation, de commande et de caractérisation numérique et expérimentale du comportement des machines et robots en interaction avec les procédés de fabrication ; le troisième consiste à développer des méthodes d’optimisation et outils de prise de décision en milieux incertains, avec la prise en compte du facteur humain, en vue de maximiser les performances des processus de fabrication et des systèmes industriels en termes de productivité, de qualité des produits et de réduction des coûts.

Position au sein de l’Institut Pascal

Co-coordination et animation de l’action "Machines et robots intelligents et innovants" du programme transversal

Le potentiel de recherche de la thématique MMSI permet d’aborder les sujets d’étude dans leur globalité, associant au point de vue mécanicien les points de vue organisationnels et liés au pilotage des systèmes industriels. Les travaux de recherche sont à la fois théoriques et finalisées sur les machines et systèmes de production en intégrant la modélisation de leur comportement et l’applicabilité à la tâche. Ce large spectre de compétences permet de proposer une réponse globale aux évolutions des systèmes industriels, qui doivent garantir un très haut niveau de performance dans un environnement variable ou changeant. Cette variabilité peut être liée à des évolutions de tâches, de morphologie de pièces ou d’organisation. Elle est essentiellement due à des facteurs sociaux-économiques qui imposent aux entreprises européennes d’augmenter leur niveau de performance et d’adaptabilité pour concurrencer les pays à bas coût.

L’ensemble de ces nouvelles exigences sont regroupées dans le concept d'agilité pour garantir que le système complexe d’étude assure des missions évolutives avec une performance accrue.

Ce concept est abordé suivant trois thèmes qui structurent la thématique MMSI :

• Synthèse des mécanismes et des robots
• Etude du comportement en conditions réelles des systèmes complexes
• Excellence opérationnelle des machines et systèmes industriels

Responsables