Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay

Dans le domaine de l'électronique de puissance, les fabricants de modules de puissance à base de semi-conducteurs ont développé des lignes de conception très avancées qui prennent en compte un certain nombre de fonctions. Cependant, bien que la fiabilité soit prise en compte dès la phase de conception, elle est toujours évaluée expérimentalement en fin de processus, après la réalisation des prototypes physiques. La fiabilité est ainsi traitée par une première approche « globale » qui s’appuie sur une analyse statistique de résultats de tests accélérés réalisés sur un grand nombre de composants de même technologie. Le cyclage de puissance est le test de fiabilité le plus pertinent, il nécessite de longues campagnes de tests. Ces tests exigent d’appliquer des sollicitations multiphysiques amplifiées en regard de celles présentes dans les conditions normales de fonctionnement afin d’accélérer les mécanismes de dégradation. Une extrapolation vers les faibles sollicitations permet d’estimer la durée de vie dans les conditions réelles. Cependant, l’écart entre la prédiction par cette approche et l’observation faite sur le terrain est significatif. De plus, il n'existe pas de chemin de rebouclage vers la phase de conception, limitant ainsi la capacité à ajuster et améliorer les conceptions initiales en fonction des retours d'expérience issus des tests de fiabilité. La variabilité des conditions d'exploitation, n'est pas suffisamment prise en compte, ce qui fragilise davantage les prédictions de durée de vie. Enfin, la durabilité des composants est souvent négligée car les modèles et les pratiques actuelles ne favorisent pas une approche proactive en matière de conception pour la fiabilité et la longévité. PowerTwin répond à la nécessité de développer de nouvelles méthodologies et outils pour améliorer la prédiction de la fiabilité, réduire les coûts de fabrication et optimiser la conception des modules de puissance dans un contexte d’évolution rapide des technologies.

La rupture ductile des matériaux métalliques n'est pas bien connue au stade de la nucléation. Le rôle des lacunes produites par la déformation plastique est essentiel pour comprendre la décohésion à l’interface matrice/précipité et la nucléation des cavités par transformation de phase ou condensation des lacunes. Ces mécanismes ne sont pas entièrement clarifiés et ont été rarement étudiés expérimentalement jusqu'à l'échelle atomique. Les niveaux de contrainte auxquels ces mécanismes sont activés sont essentiels pour établir un lien avec les modèles de rupture aux échelles supérieures. Ce projet étudiera le système Cu-Al à la fois du côté riche en Al sur les mécanismes de décohésion aux interfaces entre matrice et précipités Theta' et du côté riche en Cu sur la transformation de phase assistée (cfc vers Hume-Rothery) précurseur de la nucléation des cavités. Le projet sera divisé en 4 parties : _ Des essais de traction in situ avec des observations HRTEM sur la rupture d'alliages modèles. La cartographie de la déformation impliquée dans la rupture sera analysée. _ Modélisation atomistique de la rupture ductile par cavitation le long d’interfaces ou après transformation de phases. Une hiérarchie de potentiels interatomiques modernes, certains développés dans le projet, sera implémentée et testée par Monte Carlo. _ Essais de traction in situ à méso-échelle dans le MEB et caractérisation 3D des dommages causés par les vides au niveau de la microstructure. _ Estimation par la dynamique des dislocations de la distribution des contraintes le long de bandes de glissement tirées de l’expérience pour faire lien avec les études à l’échelle atomique et donner une estimation des niveaux de contrainte locaux impliqués dans la rupture ductile. Le thème central est de comprendre la rupture ductile des alliages structurels, son interaction avec la thermodynamique métallurgique, en mettant l'accent sur la modélisation multi-échelle pour guider la mise au point de nouveaux alliages.

Les Rencontres Franciliennes de Mécanique (RFM) sont organisées chaque année par la Fédération Francilienne de Mécanique (F2M). Cette année, les RFM2025 ont pour objectif de dresser un état des lieux des apports de la mécanique des matériaux, des structures et des procédés à la préservation de notre patrimoine culturel. Ces rencontres se dérouleront sur deux journées le 3 et 4 juillet 2025: la première sera consacrée au patrimoine muséal, la seconde au patrimoine architectural. La première demi-journée portera sur les contributions de la mécanique aux processus de conservation des œuvres muséales : étude du comportement thermo-hygro-mécanique des panneaux de bois, problématiques liées aux vibrations dans les musées, instrumentation et modélisation de tableaux et de textiles anciens. La seconde demi-journée sera dédiée aux études acoustiques des instruments de musique, en lien avec des problématiques de reconstitution ou de compréhension de leur fonctionnement. La deuxième journée sera entièrement consacrée au patrimoine architectural. La matinée sera dédiée au chantier de Notre-Dame, où quatre domaines disciplinaires seront mis à l’honneur : la mécanique des structures maçonnées, de la charpente, des éléments métalliques et des vitraux de la cathédrale. Enfin, la dernière demi-journée portera sur les matériaux anciens du patrimoine et les méthodes d’instrumentation pour le suivi de l’état de santé du bâti ancien.

Le concept de la localisation d'Anderson présente un potentiel encore inexploité qui pourrait contribuer à améliorer l'ingénierie aérospatiale et du transport en permettant le développement de matériaux légers et robustes capables d'atténuer les charges dynamiques non stationnaires à haute énergie. Initialement développé pour expliquer la transition métal-isolant dans les métaux purs, le phénomène s'est rapidement avéré omniprésent dans toutes les équations d'ondes pour les milieux désordonnés. Or, malgré les études théoriques et expérimentales sur ce phénomène dans divers domaines et les modèles/équations développés depuis plus de 50 ans, les applications pratiques pour la conception de nouveaux matériaux et structures sont encore rares, en particulier dans le domaine de la vibroacoustique. Le projet DIZZY rassemble des compétences couvrant les aspects théoriques, numériques et expérimentaux pour relever le défi d'isoler les composants structurels des ondes élastiques à haute énergie dans l'industrie aérospatiale et du transport. Les structures périodiques en nid d'abeille (nida) présentent un rapport rigidité-poids élevé, ce qui en fait la solution de choix dans ce secteur. Leur microstructure cellulaire périodique peut entrer en interférence complexe avec les ondes, telles que la diffusion, l'atténuation, le filtrage et éventuellement l'apparition de bandes de fréquences où la propagation des ondes est interrompue. Malheureusement, ces bandes de fréquences sont souvent étroites, et de petits défauts de fabrication incontrôlés peuvent encore réduire leur étendue, ce qui fait des structures HC classiques de mauvais absorbeurs de chocs. Le projet DIZZY vise à relever le défi de la propagation des ondes élastiques à haute fréquence dans les composants aérospatiaux et de transport en exploitant la localisation d'Anderson au moyen d'un désordre sur mesure dans les réseaux nida. L'objectif du projet est de permettre aux structures de dévier l'impact des charges des zones critiques. La durée du projet est de 48 mois, avec une thèse de doctorat (36 mois) et deux études post-doctorales (18 et 12 mois, resp.). Le travail théorique consiste à développer des modèles analytiques pour comprendre la localisation d'Anderson dans des structures en nida désordonné en proposant des techniques pour construire des relations de dispersion dans de tels milieux. Le travail numérique se concentre sur la simulation de leur comportement sous des charges dynamiques en utilisant un solveur Galerkin discontinu dans le domaine temporel, couplé à la création d'un modèle de substitution pour une exploration rapide de la conception. Le travail expérimental implique la fabrication et l'essai de panneaux sandwichs nida ayant un désordre sélectionné. En utilisant un équipement de vibromètre laser et des charges dynamiques non stationnaires de haute intensité, nous tenterons de quantifier l'effet de la localisation d'Anderson dans les structures développées. À la fin du projet, un modèle d'hélicoptère sera équipé d'un tel panneau sandwich et soumis à des contraintes de charge dynamique. En démontrant les applications pratiques de la localisation d'Anderson, le projet DIZZY a le potentiel d'ouvrir la voie à de futurs progrès dans les industries de l'aérospatiale et du transport, où le désordre n'était jusqu'à présent considéré que comme une source de perte d'efficacité. Pour changer ce paradigme, l'équipe du projet vise à proposer de nouvelles conceptions avec une capacité améliorée à annihiler le transport d’énergie vibratoire par ondes sur de larges bandes de fréquence, tout en faisant progresser la recherche fondamentale pour mieux comprendre l'effet du désordre sur le comportement dynamique des panneaux sandwichs nida et les mécanismes sous-jacents. La finalité du projet DIZZY est de concevoir des matériaux et structures qui rendront les véhicules aérospatiaux plus légers, plus robustes et plus aptes à supporter des charges dynamiques non stationnaires.

L’effet de capacité négative (CN) constitue une solution possible à la nécessaire réduction de la tension de commutation dans les transistors à effet de champ et pourrait ainsi contribuer au développement futur de dispositifs de commutation à faible puissance. Les travaux que nous envisageons de mener se positionnent dans le développement de structures matures à CN statique. Cette maturité sera atteinte si on arrive à contrôler et à stabiliser le phénomène physique à l’origine de cette CN. Pour réussir, il faudra réaliser des hétérostructures alternant des couches de quelques nanomètres d’épaisseur constituées de matériaux ferroélectriques (FE) d’une part et de matériaux paraélectriques (PA) d’autre part, et maîtriser la qualité des interfaces essentielles à la stabilisation de l’effet de CN. Le choix des matériaux, le contrôle des contraintes épitaxiales et des effets électrostatiques seront cruciaux pour ramener le phénomène de CN dans des gammes de température avoisinant l’ambiante. Le consortium mis en place pour ce projet entend relever ce défi et pour cela il regroupe des compétences et des forces dans l’élaboration d’hétérostructures, la caractérisation fine à l’échelle élémentaire des matériaux, de leurs interfaces, de la structure en domaines FE, la caractérisation électrique de ces structures à l’échelle locale et macroscopique dans des gammes de fréquence et de températures étendues, des technologies de salle blanche pour la réalisation de véhicules de test spécifiques. Dans ce cadre, les objectifs de NEGCAP sont : (i) réaliser des structures FE/PA modèles en super-réseau (pour la mesure directe de la CN) et en multicouches (pour une mesure indirecte), (ii) Déterminer et modéliser la réponse diélectrique de ces structures dans une large gamme de fréquence, (iii) Sonder les propriétés aux interfaces FE/PA pour comprendre les phénomènes physiques mis en jeux, (iv) Cerner les champs d’application de ces structures et proposer des structures à «effet de CN à

Le développement de la thématique matériaux anciens à l’ENS Paris-Saclay entraîne une importance accrue portée à l’étude de larges jeux de données d’imagerie spectrale (laboratoire PPSM) et d’imagerie 3D (PPSM, LMT) pour cette thématique. Il s’agira de prendre en compte les nouvelles capacités d’étude des données à partir de leur segmentation mais également par l’analyse statistique des images et la modélisation en éléments finis qui sont des spécificités de l’activité de l’ENS et de ses interactions avec d’autres équipes franciliennes sur la thématique matériaux anciens, notamment concernant des matériaux d’artiste, des artefacts métalliques, des matériaux de la construction, ou des biomatériaux archéologiques ou paléontologiques (fibres, os, cuticules).