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Projet PRISTIMAT² Partenariat en Recherches, Innovations et Supports Techniques Interrégionaux en MATériaux et Thermique S. Hocquet (CRIBC – Mons) Présentation dans le cadre de l'événement: Nouveaux matériaux à hautes performances : Les composites à matrice métallique/céramique , le 20 mai 2014 www.pluscomposites.eu
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Projet PRISTIMAT²
Partenariat en Recherches, Innovations et Supports Techniques Interrégionaux en
MATériaux et ThermiqueS. Hocquet (CRIBC – Mons)
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Les partenairesLe projet PRISTIMAT2 (Partenariat en Recherches, Innovations et Supports Techniques Interrégionaux en MATériaux et Thermique ) associe 5 opérateurs partenaires :
• CRIBC (membre de EMRA) : Wallonie, Mons (BE)• SIRRIS : Wallonie, Gosselies (BE)• UVHC (LMCPA) : Nord-Pas-de-Calais, Maubeuge et Valenciennes (FR)• UPJV – IUT de l’Aisne (LTI) : Picardie, Saint Quentin (FR)• CREPIM : Nord-Pas-de-Calais, Bruay-la-Bruissière (FR)
et 2 opérateurs associés :• INISMa : Wallonie, Mons (BE)• CRITT MDTS : Champagne-Ardennes, Charleville-Mézières (FR)
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Les partenaires
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Historique1) STIMAT : Support Technologique Interrégional en MATériaux
avancés (Programmation Interreg III) – 2002-20072) PRISTIMAT : Partenariat en Recherches, Innovations et Supports
Techniques Interrégionaux en MATériaux et Thermique (Programmation Interreg IV) – 2007-2012
3) PRISTIMED PRISTIPIM PRISTIMAT² PRISTIFLEX
Medimat PIM-MIM Transmat
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Historique1) STIMAT : Support Technologique Interrégional en MATériaux
avancés (Programmation Interreg III) – 2002-20072) PRISTIMAT : Partenariat en Recherches, Innovations et
Supports Techniques Interrégionaux en MATériaux et Thermique (Programmation Interreg IV) – 2007-2012
3) PRISTIMED PRISTIPIM PRISTIMAT² PRISTIFLEX
Medimat PIM-MIM Transmat
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Historique1) STIMAT : Support Technologique Interrégional en MATériaux
avancés (Programmation Interreg III) – 2002-20072) PRISTIMAT : Partenariat en Recherches, Innovations et Supports
Techniques Interrégionaux en MATériaux et Thermique (Programmation Interreg IV) – 2007-2012
3) PRISTIMED PRISTIPIM PRISTIMAT² PRISTIFLEX
Medimat PIM-MIM Transmat
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Historique1) STIMAT : Support Technologique Interrégional en MATériaux
avancés (Programmation Interreg III) – 2002-20072) PRISTIMAT : Partenariat en Recherches, Innovations et Supports
Techniques Interrégionaux en MATériaux et Thermique (Programmation Interreg IV) – 2007-2012
3) PRISTIMED PRISTIPIM PRISTIMAT² PRISTIFLEX
Medimat PIM-MIM Transmat
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• Développement d’écrans thermiques plus performants• Mise en œuvre d’un management thermique de l’environnement moteur
Problématique : Augmentation de température importante au sein du compartiment moteur
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Objectifs du projet• Démontrer le potentiel des composites céramique/métal →
applications en gestion des flux thermiques dans le domaine de l’automobile, réalisation de démonstrateurs/prototypes
• Initier un transfert vers l’une ou l’autre entreprise de la zone interreg• Approfondir les relations tissées au sein du réseau (projet STIMAT et
PRISTIMAT)• Créer des synergies durables et nouvelles (partenaires-partenaires et
partenaires-entreprises de la zone) via l’élargissement du partenariat• Servir d’exemple, d’arguments pour les administrations régionales
→ intensifier ce type de métissage transrégional dans le domaine de la recherche et du développement technologique
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Objectifs du projet• Démontrer le potentiel des composites céramique/métal →
applications en gestion des flux thermiques dans le domaine de l’automobile, réalisation de démonstrateurs/prototypes
• Initier un transfert vers l’une ou l’autre entreprise de la zone interreg• Approfondir les relations tissées au sein du réseau (projet STIMAT et
PRISTIMAT)• Créer des synergies durables et nouvelles (partenaires-partenaires et
partenaires-entreprises de la zone) via l’élargissement du partenariat• Servir d’exemple, d’arguments pour les administrations régionales
→ intensifier ce type de métissage transrégional dans le domaine de la recherche et du développement technologique
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Objectifs du projet• Démontrer le potentiel des composites céramique/métal →
applications en gestion des flux thermiques dans le domaine de l’automobile, réalisation de démonstrateurs/prototypes
• Initier un transfert vers l’une ou l’autre entreprise de la zone interreg• Approfondir les relations tissées au sein du réseau (projet STIMAT et
PRISTIMAT)• Créer des synergies durables et nouvelles (partenaires-partenaires et
partenaires-entreprises de la zone) via l’élargissement du partenariat• Servir d’exemple, d’arguments pour les administrations régionales
→ intensifier ce type de métissage transrégional dans le domaine de la recherche et du développement technologique
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Objectifs du projet• Démontrer le potentiel des composites céramique/métal →
applications en gestion des flux thermiques dans le domaine de l’automobile, réalisation de démonstrateurs/prototypes
• Initier un transfert vers l’une ou l’autre entreprise de la zone interreg• Approfondir les relations tissées au sein du réseau (projet STIMAT et
PRISTIMAT)• Créer des synergies durables et nouvelles (partenaires-partenaires et
partenaires-entreprises de la zone) via l’élargissement du partenariat• Servir d’exemple, d’arguments pour les administrations régionales
→ intensifier ce type de métissage transrégional dans le domaine de la recherche et du développement technologique
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Objectifs du projet• Démontrer le potentiel des composites céramique/métal →
applications en gestion des flux thermiques dans le domaine de l’automobile, réalisation de démonstrateurs/prototypes
• Initier un transfert vers l’une ou l’autre entreprise de la zone interreg• Approfondir les relations tissées au sein du réseau (projet STIMAT et
PRISTIMAT)• Créer des synergies durables et nouvelles (partenaires-partenaires et
partenaires-entreprises de la zone) via l’élargissement du partenariat• Servir d’exemple, d’arguments pour les administrations régionales
→ intensifier ce type de métissage transrégional dans le domaine de la recherche et du développement technologique
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Phasage du projet
Le projet PRISTIMAT2 se déroule sur une période de 2 ans :• Date de démarrage : 1er janvier 2013• Date de clôture : 31 décembre 2014
L’action 1 s’étale sur les 22 premiers mois du projet.L’action 2 s’étale pour l’entièreté de la période sachant que les 2 derniers mois sont consacrés à la clôture administrative du projet
Description des actions
1 action de recherche en partenariat 1 action de coordination et animation
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Action 1: Demo MAT²Objectif : Réaliser une pièce prototype de plus grande dimension combinantde façon anisotrope 2 propriétés thermiques antagonistes, l’isolation et laconduction directionnelles, en vue de l’insertion de ce prototype au sein d’unbloc moteur
Partenariat:● Réalisation de mousses céramiques à porosité spécifique (LMCPA/UVHC)
● Infiltration des ces mousses par un alliage d’aluminium(SIRRIS)
● Modélisation thermique des composites céramiques métal (UPJV)
● Caractérisations des composites (CRIBC)
● Caractérisation et démonstration de la capacité de gestion des flux thermiques pour le bloc moteur (CREPIM)
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Rôle des partenaires
Modélisation
Préforme poreuse en céramique
Imprégnation par métal
Caractérisations (micro)structurales,
mécaniques et thermiques
Démonstration de la gestion des flux
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Action Demo MAT²
Applications:● Protection thermique des accessoires proches du bloc moteur
● Redistribution des flux thermiques en vue d’une récupération éventuelle
Public cible:● Secteurs du transport automobile, ferroviaire et aéronautique
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Action 2: Animation/coordinationObjectifs :
• Prise en charge des aspects de coordination administrative, scientifiqueet technique du projet ainsi que l’organisation de la promotion etl’animation du réseau PRISTIMAT²
• Mise en place d’une plateforme collaborative d’échange (agendapartagé, documents, tâches, etc.) pour les partenaires des différentsprojets PRISTIxxx
• Mise en ligne d’un site internet
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Compétences développées lors du projet PRISTIMAT²
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Matériau envisagé :
Céramique: isolation thermique et électrique à gradient de porositécontrôlé ⇒ Alumine Al2O3
Réseau de pores interconnectés rempli par :
Alliage métallique ⇒ AlSi10Mg
Conception d’éléments « sandwiches » métal/composite/céramique
⇒ Permettre une transition composant métallique (conducteur de chaleur) et composant céramique (isolant)
⇒ Rediriger la chaleur à des endroits où les calories peuvent être récupérées
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Etapes du procédé d’élaboration des céramiques poreuses
Porosité (vol) ~ 75-80%
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Pièces céramiques présentant un gradient de :
Taille des pores Taille d’interconnexionsentre les pores
Empilement de billes de taille différente
Variation du temps de « chimie-formage »
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Imprégnation des préformes poreuses en alumine
Procédé : Infiltration sous pression/vide.Infiltration des préformes par de la cire
Montage des préformes sur une grappe de cire
Enrobage des grappes avec du plâtre
Coulée de l’alliage sous vide
Décochage des pièces
Test de différents alliages (avec et sans ajout de Mg)
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Composite céramique/métal avec et sans gradientInfiltration de mousse d’Al2O3 par AlSi10Mg
Mat
rice
Alum
ine
à gr
adie
nt d
e po
rosi
té 200-300 µm
300-400 µm
400-500 µm
Com
posite Alumine -Alum
inium
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Matériau à gradient et interface diffuse
Interface diffuse obtenue par
vibration de l’empilement de billes
3 gradients :• 200-300 µm• 400-500 µm• 600-700 µm
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Facile à usiner:
5mm
20mm3mm
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5 mm
Tomographie RX MEBCaractérisations des mousses imprégnées
Peu de défauts d’imprégnation, pas de zone complète non imprégnée
Mise en évidence de fissurations dans la matrice céramique lors de
l’infiltration par le métal
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Système Flash (Xénon) –Anter (TA Instrument)
Alumine
Alliage
R = +/- 0.01 cm²/s
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A partir des mesures de diffusivité thermique, des densités et des Cp Calcul des conductivités thermiques
λ = α x Cp x ρλ : conductivité thermiqueα : diffusivité thermique (de 0.30 à 0.45 cm²/s)Cp : chaleur spécifique (de 800 à 850 J/kg.K)ρ : densité (de 2.75 à 2.85)
Conductivités thermiques comprises entre 65 et 100 W/mK
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Interreg efface les frontièresInterreg doet grenzen vervagen Système HT1750 de IMCE
Alliage ~ 75GPa
Alumine ~ 380GPa
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Générer l’architecture du matériau
Méthode des éléments discrets
Empilement Compression
Méthodologie numérique
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Calcul de la conductivité thermique effective (Keff)
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Evolution vers formes de pièces plus larges et plus complexes
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Tests de résistance après cyclage thermiqueRéalisation d’une pièce démoEssai sur banc moteur
Perspectives
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• M. Cambier, V. Lardot (CRIBC-INISMa)• Y. Lorgouilloux, R. Dubois, C. Courtois, A. Leriche
(LMCPA, UVHC)• C. Pelegris, E. Bellenger, M. Guessasma, W. Leclerc, N.
Ferguen (UPJV)• O. Rigo, J. Halleux (SIRRIS)• G. Capon, F. Poutch (CREPIM)
Remerciements
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Questions?
Contact
E-mail: s.hocquet@bcrc.be
Tel: 003265403478
BCRCAvenue du Gouverneur Cornez, 4
7000 Mons (Belgium)
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