MMSV : Mécanique des Matériaux, des Structures et du Vivant

Le domaine de recherche

Le département MMSV est structuré autour de quatre axes de recherche centrés sur la mécanique des matériaux et des structures avec des applications diverses allant des matériaux métalliques aux tissus du vivant. C’est un département qui compte 65 chercheur·es et enseignant·es / chercheur·es.
Les activités de recherche visent des développements théoriques, expérimentaux et numériques qui font la marque de fabrique de notre laboratoire. Les thématiques de recherche de l’axe 1 du département portent principalement sur le développement de méthodes numériques et l’étude des instabilités et des vibrations avec des applications dans le domaine de la mécanique des structures, des procédés de fabrication et des géo-matériaux. Les thématiques de recherche de l’axe 2 concernent la biomécanique et la bio-ingénierie du système musculo-squelettique. Les activités de recherche de l’axe 3 s’articulent autour du comportement mécanique des matériaux sous sollicitations extrêmes en grandes vitesses de déformation et haute température. Les activités de recherche de l’axe 4 couvrent des champs disciplinaires complémentaires allant de l’élaboration de matériaux multiphasés au couplage multiphysique et à la tenue en service de produits innovants. Cet axe développe des approches expérimentales fines ainsi que la modélisation de la rhéologie de matériaux multiphasés et des alliages de titane.

Les membres

Professeur·es et directeur·rices de recherche
Maitre·sses de conférences et chargé·es de recherche
Personnel technique
Doctorant·es
Post-doctorant·es et chercheur·es contractuel·les
Invité·es – autres personnels

Les axes de recherche

Méthodes numériques, instabilités et vibrations

Les thématiques de recherche de cet axe portent principalement sur le développement de méthodes numériques et l’étude des instabilités et des vibrations, avec des applications dans le domaine de la mécanique des structures, des procédés de fabrication et des géo-matériaux. Dans ces thématiques, les approches multi-échelles sont largement développées pour l’analyse des instabilités, la conception de matériaux et structures et la modélisation du comportement des matériaux. Pour cette thématique, l’équipe travaille sur le développement de méthodes numériques pour le calcul non linéaire des structures en présence d’instabilités. Cette équipe est à l’origine de la méthode asymptotique numérique (MAN), basée sur des développements de Taylor à des ordres élevés permettant le calcul des branches non linéaires et des bifurcations avec beaucoup d’efficacité. À noter aussi que l’approche expérimentale, pour les thématiques liées à l’étude des vibrations et des géo-matériaux, vient compléter les approches de modélisation et de simulation

Méthodes numériques pour l’analyse des instabilités des structures minces

Vibration, amortissement, conception de matériaux et de structures

Approches multi-échelles pour la modélisation du comportement des tôles minces et la prédiction des instabilités matérielles

Développement d’EF à couplage chemo-thermo-mécanique : Application à l’étude de l’effet de la diffusion d’hydrogène sur la tenue en service des arches orthodontiques en NiTi

Biomécanique et bio-ingénierie du système musculo-squelettique (Bio2MS)

L’axe Bio2MS étudie le comportement des tissus et des organes afin de mieux comprendre les phénomènes en jeu, et en particulier les couplages multiphysiques, lors de processus d’adaptation et de guérison ou sous l’effet de pathologies. Nos recherches visent à proposer des solutions de restauration adaptées et des bio-substituts optimisés. L’équipe de l’axe met en œuvre des approches amont de mécanique et réalisons également des travaux plus appliqués à visée industrielle ou clinique. Des méthodes expérimentales couplées à des approches numériques multi-échelles et multi-physiques y sont développées. L’axe dispose pour cela d’un plateau technique composé de moyens d’essai permettant la caractérisation de l’échelle de la cellule à celle des organes. Les moyens numériques développés permettent de créer des modèles personnalisés sur la base de données d’imagerie, afin de répondre à des enjeux de simulation de chirurgie et d’aide à la décision. Ces recherches sont menées dans le cadre de projets nationaux collaboratifs et multidisciplinaires et en lien étroit avec les acteurs du monde clinique et les industriels du biomédical.

L’axe Bio2MS a été créé en 2018 et regroupe des enseignants-chercheurs de Metz et de Nancy.

Élaboration de bio-substituts architecturés optimisés

Caractérisation des propriétés des tissus et structures osseuses sous l’effet de pathologies

Caractéristiques multiphysiques de mousses hémostatiques utilisées pour l’élévation du sinus

Modélisation de la sphère cranio-maxillofaciale pour l’élaboration de solutions prothétiques

Développement d’une maquette d’entraînement à la chirurgie de l’oreille

Dynamique et conditions extrêmes (CeDyn)

L’axe CeDyn se consacre à la théorie, à la modélisation numérique et au développement expérimental, avec une attention particulière portée au comportement mécanique des matériaux soumis à des conditions extrêmes incluant les grandes vitesses de déformation et les hautes températures. Une diversité de matériaux est considérée : métaux, céramiques, polymères nanostructurés ou matériaux biosourcés, composites stratifiés, obtenus par diverses méthodes comme la fabrication additive (matériaux architecturés).
CeDyn accorde une importance particulière à des aspects fondamentaux tels que l’endommagement, le développement d’instabilités, la rupture ductile ou la fissuration en sollicitations extrêmes. Les questions relatives au comportement des interfaces, notamment l’usure et le frottement dynamiques ainsi que les assemblages sous sollicitations rapides, représentent également des enjeux majeurs pour l’équipe.
En plus de ces axes de recherche, l’équipe se distingue par son expertise dans le développement de méthodes d’homogénéisation à champs moyens et à champs complets. Par ailleurs la recherche sur la résistance mécanique des assemblages complexes pour des applications circuits imprimés demeure un axe important de ses activités.
Au niveau expérimental, l’équipe met en œuvre des expériences et des équipements spécifiques, en exploitant les plateformes Rhéologie dynamique et Circuits imprimés de l’équipe.

A mesoscale modelling approach of glass fibre / Elium acrylic woven laminates for low velocity impact simulation

Experimental characterization of rolled annealed copper film used in flexible printed circuit boards

The dynamic behavior of poly (methyl methacrylate) based nano-rubbers subjected to impact and perforation

Supershear rupture with a two-scale damage model

Milieux multiphasés et couplages multiphysiques : composites, polymères et alliages à haute entropie et composition complexe (M²ARTS)

Les activités de recherche menées au sein de cet axe couvrent des champs disciplinaires complémentaires allant de l’élaboration de matériaux multiphasés au couplage multiphysique et à la tenue en service de produits innovants. Nous développons des approches dédiées à l’analyse expérimentale fine et à la modélisation de la rhéologie de matériaux multiphasés (composites à matrice polymère et matériaux adaptatifs), des alliages de titane, des alliages à mémoire de forme et des alliages à haute entropie. Les analyses et les modélisations multiéchelles sont développées en relation étroite avec les microstructures induites par le procédé d’élaboration en particulier pour les matériaux architecturés obtenus par les procédés de fabrication additive. Un quatrième thème concerne la modélisation et la simulation numérique des couplages multiphysiques des matériaux et des systèmes adaptatifs.

Simulation multi-échelles par EF² de structures composites périodiques

Optimisation topologique de structures lattices

Modélisation hygro-mécanique non locale dans les structures thermoplastiques renforcées

Étude multi-échelles du comportement des alliages à mémoire de forme

Réduction de modèles et réseaux neuronaux artificiels pour une simulation multi-échelle des matériaux composites

Étude multi-échelles du comportement mécanique de composites thermoplastiques recyclés

Les thèses en cours

Les thèses au département MMSV

Le département travaille notamment avec eux

Partenaires académiques

Laboratoire IMOPA.

Partenaires industriels

Relations internationales