001-These-MENRT-2008-LTDS

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• Publié par: Nifong
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• Langue: Français

Extrait

Ecole Doctorale :

Ecole Doctorale Matériaux de Lyon, EDML (ED 34)

Nom et label de l’unité de recherche :

Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes LTDS,

UMR CNRS ECL ENISE ENSMSE 5513

Localisation :

36 avenue Guy de Collongue

69134 Ecully cedex

Directeur de thèse :

Stéphane BENAYOUN

Co-directeurs de thèse :

Christophe DONNET, Stéphane VALETTE

Contacts :

[e-mail]

,

stephane.benayoun@ec-lyon

.fr

Titre de la thèse :

Etude de la structuration de surface par laser femtoseconde pour l’optimisation des

propriétés tribologiques d’alliages métalliques

Description du projet :

L’objectif de cette étude est d’optimiser, par traitement laser femtoseconde, la fonctionnalité de

surfaces dans le but d’améliorer leur comportement tribologique (durabilité, usure, lubrification).

L’apport

nouveau

de ce travail résidera dans le

couplage

topographie de surface / microstructure. Pour répondre au

caractère pluridisciplinaire

du sujet, l’accent sera mis sur la nécessité de mettre en place des relations

fortes entre les connaissances d’un point de vue

« laser-génération de surfaces »

d’une part et

comportement tribologique des surfaces

d’autre part. Ce lien s’appuiera sur les expériences déjà acquises

dans ce genre de collaboration au niveau de la région Rhône-Alpes, via notamment les travaux de doctorat

de Stéphane VALETTE et Louis MOURIER.

Pour atteindre l’objectif de cette étude, nous proposons une investigation en trois parties :

Génération de surfaces fonctionnelles par laser femtoseconde

(LaHC Plateforme technologique

« laser femtoseconde ») : L’interaction laser-matière en régime femtoseconde met en jeu des temps

d’interaction suffisamment faibles pour que les endommagements associés à l’ablation soient, pour la

plupart des applications, négligeables [1,2]. Ce caractère, à l’origine du comportement

athermique

de

l’ablation dans le cas des métaux, est la justification première de l’utilisation d’un rayonnement laser

femtoseconde pour générer des microcavités de géométrie contrôlée. Corollairement, en bordure

d’irradiation, le matériau conserve ses propriétés initiales. Dans ces cas, le régime d’interaction se fait au

dessus du seuil d’ablation des matériaux. En travaillant en dessous du seuil d’ablation, il a été montré la

possibilité de modifier de façon conséquente les propriétés des matériaux irradiés – propriétés de tenue à la

corrosion ou propriétés mécaniques [3,4].

Pour ce travail de thèse, deux types de configurations seront étudiés : d’une part au-delà du seuil

d’ablation pour la génération de microcavités et, d’autre part, en deçà de ce seuil pour la modification

structurale et la génération de rugosités micrométriques, voire nanométriques. Des travaux sur la mise en

forme de faisceau seront effectués afin de proposer de nouvelles géométries au niveau des cavités et de

nouvelles topographies au sens large.

En plus des moyens du laboratoire LaHC, l’utilisation de la plateforme technologique « laser

femtoseconde » du Pôle Optique Rhône-Alpes permettra de structurer cette étude autour des deux

laboratoires concernés.

Caractérisation des surfaces générées (LTDS) :

Les caractérisations topographiques des surfaces

seront réalisées par

interférométrie

et par

microscopie à force atomique

. Elles concerneront aussi bien les

cavités générées par ablation que les transformations topographiques aux échelles micrométriques et

nanométriques obtenues en dessous du seuil d’ablation (

« ripples »).

La caractérisation structurale sera

effectuée par

diffraction des rayons X

, couplée à une analyse par

microscopie électronique à balayage

en

premier lieu et

en transmission

en second lieu.

L’estimation des contraintes résiduelles, dont le rôle est fondamental dans le comportement

tribologique, sera également effectuée par diffraction des rayons X. La caractérisation des propriétés

mécaniques des surfaces modifiées par laser sera également réalisée par des tests de nanoindentation.

Proposition ADR 2007 du Cluster de Recherche MACODEV

Comportement tribologique des surfaces (LTDS) :

Le comportement de tenue à l’abrasion des

surfaces fonctionnalisées sera réalisé à l’aide de tests de type

« ball-cratering »

, permettant également le

suivi de l’évolution du coefficient de frottement ainsi que de tests de rayage à l’échelle classique ou sur

nanoindenteur. Le développement récent d’un tribomètre alternatif à forte charge permettra également de

quantifier le comportement des surfaces en frottement (coefficient de frottement et usure). Enfin, des tests

de lubrification en régime élastohydrodynamique mais également en régime limite seront effectués sur le

dispositif EHD du laboratoire permettant le suivi in situ des épaisseurs de films de lubrifiant, qui se révèle

être un outil pertinent pour la compréhension des phénomènes de lubrification [5,6].

L’utilisation des différents moyens précités va permettre la mise en place d’une véritable synergie,

au niveau régional, des deux communautés. Les développements récents apportés sur nombre de dispositifs

vont permettre de réaliser des expérimentations qui n’auraient pu être possibles dans ce cadre il y a quelques

années (nouveaux tribomètres, contraintes résiduelles par diffraction des rayons X, …). Le spectre

extrêmement large des moyens mis à disposition pour cette étude se justifie amplement par le caractère

fortement pluridisciplinaire du sujet.

Connaissances et compétences requises :

De façon générale, ce sujet de thèse requiert un caractère fortement pluridisciplinaire. Les

connaissances requises concernent la physique et la science des matériaux pour la compréhension des

mécanismes engendrés à la suite de l’interaction laser d’une part et la mécanique du contact pour ce qui est

des analyses tribologiques des surfaces modifiées par le traitement laser.

Le sujet fait appel à une large culture scientifique et est orienté sur l’expérimentation. L’étudiant

devra donc avoir un goût prononcé pour les problématiques scientifiques multidisciplinaires et la pratique

expérimentale.

Une expérience dans le domaine de la tribologie serait un plus.

Rémunération :

Montant de l’allocation MENR et possibilité de demander un monitorat soit 1985 € brut /mois.

Références bibliographiques

[1] R. Le Harzic, S. Valette, Appl. Phys. Lett.,

80

3886-3888 (2002)

[2] Valette, S., R. Le Harzic, et al., Applied Surface Science

247

(1-4): 238-242 (2005)

[3] P. Steyer, S. Valette et al., Mat. & Tech.

94

(2006)

[4] S. Valette, P. Steyer et al., Appl. Surf. Sc.

252

4696-4701 (2006)

[5] L. Mourier, D. Mazuyer, et al. Tribology International,

39

:1745-1756, 2006

[6] L. Mourier, D. Mazuyer, et al. Wear, in press, 2007.

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