Laboratoire Quartz

Présentation du laboratoire hébergé Quartz

QUARTZ UP8 - Mécanique & Matériaux

Directeur de l’équipe : Akrum ABDUL-LAIF

Directeur du laboratoire : Abderrahman El-MHAMEDI

Objet

Étude du comportement élastoplastique et des mécanismes d’endommagement des matériaux et structures sous sollicitations thermomécaniques complexes. Approche intégrée : expérimentation avancée, modélisation micromécanique et simulations multi‑échelles. Applications sur alliages métalliques, mousses et structures nanocristallines dans l’automobile, l’énergie, l’aéronautique et le génie des structures

Axes de recherches

  • Structures tubulaires dissipatives et absorption d’énergie,
  • Matériaux ultrafins et nanocristallins,
  • Modélisation de l’endommagement sous chargements complexes,
  • Effets de la température et de la vitesse de déformation,
  • Mousses métalliques multifonctionnelles,
  • Perspectives : fabrication additive et intelligence artificielle

Compétences et expertise

  • Modélisation numérique du comportement des matériaux et des structures : micromécanique et MEF
  • Comportement mécanique de structures à grains ultrafins et nanométriques, mise au point d’un nouveau procédé d’élaboration
  • Techniques expérimentales de caractérisation du comportement des matériaux et nanomatériaux, effets de la vitesse de déformation et la température.
  • Mise au point de systèmes d’absorption d’énergie non-conventionnels sous chargement complexes.

Effectif 2025-2026

Au 30/06/2026, l’équipe est composée de 12 membres :

Professeur des Universités (PR) : 

  • Akrum Abdul-Latif, section 60 : mécanique, génie mécanique, génie civil

Maitre de Conférences (MCF) : 

  • Donné Razafindramary, section 61 : génie informatique, automatique et traitement du signal
  • Rachid Baleh, section 60-62 : mécanique, génie mécanique, génie civil ; énergétique, génie des procédés
  • Lamiaa Dahite, section 61 : génie informatique, automatique et traitement du signal
  • Chaïma Benabdellah, section 61 : génie informatique, automatique et traitement du signal

Enseignants-chercheurs associés et invités (PAST) :

  • Farid Ouanes, ingénieur en maintenance industrielle

Technicien :

  • Yazid El Tighanimine, technicien en électrotechnique
  • Mohamed Kadri, technicien en fabrication mécanique

Doctorant :

  • Hayat BELEGUEBLI de l’université de Béjaia (UAMB, Algérie)

Ingénieurs stagiaires et jeunes chercheurs : 3

Démarches et approches scientifiques

Méthodologies expérimentales

  • Flambage plastique sous 2 régimes : quasistatique et dynamique
  • Tests en mode uniaxial de référence
  • Tests en mode biaxial complexe via banc d’essai ACTP et ACTP-S
  • Analyse métallographique et analytique des résultats.

Approche par simulation

  • Mise au point de modèle de simulation par la méthode éléments finis.
  • Choix de lois de comportement.
  • Exploitation des bases de données expérimentales.

Plateformes, équipements scientifiques et techniques

  • 1 machine d’impact par poids tombant (= 10 m/s) (conception et réalisation par l’équipe du labo)
  • 1 machine universelle de traction-compression de 10 tonnes (Instron)
  • 1 machine de tarction-compression-flexion HAYTOM
  • 1 four haute température 3 zones (200°C-1200°C), marque Zwick
  • 2 Bancs d’essai de flamabage plastique biaxial
  • 1 appareillage d’analyse micrographique : micro-macroduromètre (DURAMIN 1500)
  • 1 station de calcul bi-processeurs (Compaq),
  • 1 station de calcul 8-processeurs (DELL),
  • 1 station de calcul de 24 cœurs de processeur,
  • 1 station de calcul de 12 cœurs de processeur + 4 cartes GPU,
  • MoseCom (logiciel développé par notre équipe en vue d’identification et de simulation des lois du comportement),
  • Logiciel SolidWorks.

Partenariats & collaborations internationales

  • University of Guelph (Canada) avec Austrialin College (Kuwait)
    • Projet en parenariat "Use of nanoparticles to enhance coolant fluid performance" financé (2018) par Kuwait Foundation for the Advancement of Sciences (KFAS),
    • Autre projet "A new generation of multifunctional open-cell porous aluminum structures" financé (2020) par KFAS
  • Collaboration Université Américaine de Sharjah (AUS).
  • Georgia Institute of Technology, Materials Science & Engineering, USA
  • Louisiana State University, USA
  • Collaboration Franco-Algérienne IUT-UMMTO 2012-2022
    • Thèse A. Menouer (Financement Campus France)
    • Thèse A. Ahmed-Ali (Financement Campus France)
  • Collaboration franco-éthiopienne, Université de Cergy-Université de technologie d’Addis-Abeba :
    • 3 thèses financées par Campus France, soutenues en 2022, 2024 (Eyoul, I. Kemmal & S. Hairedin).
  • College of Engineering, Imam Mohammad Ibn Saud University, Saudi Arabia.
  • Convention-cadre UP8-UAMB Béjaïa, Algérie 2024 
    • Une thèse en cours, Hayat BELEGUBLI (Financement UAMB Algérie)

Axes de recherche et retombées industrielles

Les activités de recherche portent sur l’étude du comportement élastoplastique des matériaux et des structures, avec une attention particulière aux mécanismes d’endommagement sous sollicitations complexes. Elles s’appuient sur une approche intégrée combinant expérimentation avancée, modélisation micromécanique multiphysique et simulation numérique multi-échelles.

Ces travaux couvrent un large spectre de matériaux (alliages métalliques, aciers, mousses métalliques, structures nanocristallines) et de conditions de chargement (monotones, cycliques, dynamiques, multiaxiales), avec des applications directes dans des secteurs industriels stratégiques tels que l’automobile, l’énergie, l’aéronautique et le génie des structures.

1. Systèmes d’absorption d’énergie

Un dispositif expérimental innovant de type ACTP (Absorption par Compression-Torsion Plastique) a été développé (voir Figure), permettant de transformer un chargement uniaxial en sollicitation biaxiale couplée. Les résultats expérimentaux montrent une augmentation de l’énergie absorbée pouvant dépasser 150 % par rapport aux configurations classiques.

(a)

(b)

Figure – Représentation 3D du dispositif ACTP pour les essais : (a) tubes circulaires et (b) tubes carrés

Par ailleurs, des structures tubulaires métalliques de type « composites métalliques » ont été conçues par traitement thermique surfacique localisé (Figure), conduisant à une amélioration significative de la résistance au flambement plastique.

Figure – Représentation des formes de traitements thermiques de surface conçues sur la surface externe du tube

Impact industriel : 

Ces avancées répondent directement aux besoins de l’industrie automobile et des transports en matière de sécurité passive (crashworthiness), en optimisant les Systèmes d’Absorption d’Energie dans les structures légères donnant naissance à une génération de SAE non-conventionnels.

 

2. Matériaux à grains ultrafins et nanocristallins

Une méthodologie expérimentale originale de déformation plastique dynamique orientée (voir Figure) a permis la fabrication de matériaux à grains ultrafins et nanocristallins. Les analyses microstructurales ont mis en évidence les mécanismes de dislocation et l’affinement des grains.

Des modèles micromécaniques multi-échelles ont été développés pour décrire l’influence de la taille de grain sur la réponse contrainte-déformation, avec une validation expérimentale sur différents métaux.

Figure – Schéma de la déformation plastique dynamique orientée

 

Impact industriel :

Ces travaux contribuent au développement de matériaux à haute résistance mécanique pour des applications en aéronautique, en énergie et dans les structures soumises à fortes sollicitations.

 

3. Modélisation de l’endommagement sous chargements complexes

Une approche micromécanique basée sur la mécanique de l’endommagement continu a été proposée pour décrire l’initiation et l’évolution de l’endommagement dans les polycristaux soumis à des chargements multiaxiaux cycliques.

L’introduction de modèles anisotropes avec activation/désactivation de l’endommagement permet de mieux représenter les phénomènes observés expérimentalement.

Exemples :

Des essais sur Waspaloy ont permis d’identifier les paramètres du modèle à partir de résultats en traction-compression (TC) et traction-torsion avec déphasage de 90° (TT90).

Tableau - Durées de vie expérimentales et théoriques

Figure - Diagramme de Manson-Coffin – Comparaison théorie/expérience pour le Waspaloy

Effet activation/désactivation en fatigue plastique

Figure - Évolution contrainte-déformation macroscopique jusqu’à rupture sous chargement cyclique de traction-compression

Figure - Évolution de la contrainte macroscopique S11 en fonction de la contrainte macroscopique S12 en Traction-Compression avec un angle de déphasage de 45° (TT45)

Figure - Évolution de la contrainte macroscopique équivalente maximale de von-Mises en fonction de la déformation plastique cumulée pour différents chargements cycliques

Impact industriel :

Ces développements sont essentiels pour la prévision de la durée de vie des structures dans les secteurs de l’énergie (offshore, nucléaire) et du transport (fatigue des structures métalliques).

4. Effets de la température et de la vitesse de déformation

Des études expérimentales et numériques ont permis de caractériser l’évolution de l’endommagement dans des alliages d’aluminium et des aciers sous différentes conditions thermomécaniques. Les observations par microscopie électronique (SEM) ont mis en évidence l’évolution des cavités et microfissures (Figures associées).

Figure – Courbes contrainte vraie–déformation vraie pour différentes températures et pour des vitesses de déformation de (a) 0,001 s⁻¹ et (b) 0,1 s⁻¹

Figure – Images MEB des surfaces de rupture

Figure – (a) Fraction de la surface occupée par les vides et (b) Taille moyenne des vides

Impact industriel :

Ces résultats sont directement exploitables pour le dimensionnement de structures soumises à des conditions extrêmes, notamment dans les secteurs maritimes, énergétiques et industriels.

5. Mousses métalliques multifonctionnelles

Les travaux récents sur les mousses d’aluminium (voir Figures) ont permis d’analyser leur comportement sous chargements biaxiaux complexes. Les résultats montrent que l’augmentation de la complexité du chargement améliore significativement la résistance mécanique et la capacité d’absorption d’énergie.

Les analyses microstructurales (SEM, tomographie X) ont permis de relier les mécanismes de déformation à la morphologie des pores.

 

Figure – Machine universelle de traction-compression INSTRON utilisée pour les essais quasi-statiques : (a) montage d’essai en chargement uniaxial et (b) montage en chargement biaxial

Figure – Comparaison des échantillons déformés sous deux cas de chargement biaxial : (a) chargement biaxial classique à 53° et (b) cas biaxial avec torsion inversée à 53°

Figure – Images MEB : (a) échantillons polis et attaqués montrant la variation des ségrégations aux joints de grains dans la direction transverse ; (b) surface de rupture illustrant le mode de rupture

Impact industriel :

Ces matériaux présentent un fort potentiel pour des applications dans l’allègement des structures, l’absorption d’énergie, ainsi que dans les systèmes de protection dans les secteurs automobile et aéronautique.

 

6. Perspectives : fabrication additive et intelligence artificielle

Les perspectives de recherche incluent l’intégration de la fabrication additive et des outils d’intelligence artificielle pour optimiser la conception des matériaux et des structures.

Impact industriel :

Ces approches ouvrent la voie à une ingénierie avancée des matériaux, permettant une conception plus rapide, optimisée et adaptée aux contraintes industrielles modernes.

Conclusion

L’ensemble de ces travaux s’inscrit dans une dynamique de recherche multidisciplinaire, en lien étroit avec les enjeux industriels actuels. La synergie entre expérimentation, modélisation et simulation permet de proposer des solutions innovantes pour l’optimisation des performances des matériaux et des structures, tout en renforçant les collaborations avec les partenaires industriels et institutionnels.

Réalisations pratiques à vocation scientifique et pédagogique. 

  • Station Crash-Test de type poids tombant

 

  • Banc d’essai biaxial ACTP (2004)

 

  • Banc d’essai biaxial ACTP (2018)

 

  • Modélisation EF (2021)

  • Banc d’essai multiaxial ACTP-S (2023)

Brevets :

2 brevets d’invention à double vocation industrielle et scientifique.

  1. Inventeurs : A. Abdul-Latif & R. Baleh, 2005 : INPI (PCT/FR05/00391) en France et étendu à l’international (WO 2005090822)
  2. Inventeur : A. Abdul-Latif, 2014 : Abdul-Latif, A., 2014, “Metallic-metallic composite for a plastically deformable member,” INPI (Institut National de Propriété Industrielle), No. BT 890/1400843.

Logiciels et dispositifs :

  • Logiciel, Développeurs - D. Razafindramary et A. Abdul-Latif : Un logiciel de simulations et d’identification des lois de comportement "SiCom"
  • Conception et Réalisation d’une Station Crash-Test, "Banc d’Essai Dynamique"

Production scientifique et technique

Articles dans des revues internationales à comité de lecture 66+

Conférences nationales & internationales à comité de lecture et actes publiés 57+

Congrès, Colloques et Symposium 44+

Chapitre dans un ouvrage 4

Bilan Laboratoire d’accueil / Liste thèses soutenues

  • R. Baleh, UTT Troyes, thèse soutenue en 2004.
  • M. Chadli UTT Troyes, thèse soutenue en 2005.
  • B. Monounga Toulougou, UP6, thèse soutenue 2006
  • M. Radi, UP6, thèse soutenue 2008
  • A. Kerkour-El-Miad, UP6, thèse soutenue 2011
  • Alain Noël ZONTSIKA thèse soutenue en 2014
  • Jean Claude Rakotoarison, thèse soutenue en 2014
  • A. Menouer, UMMTO Algérie, thèse soutenue en 2018.
  • A. Ahmed-Ali, UMMTO Algérie, soutenance en cours.
  • H. Sahle Habte, Université de Cergy, thèse soutenue en 2019.
  • S. Bayu HULUKA, Université de Cergy, thèse soutenue 2023.
  • H. ISMAEL, Université de Cergy, thèse soutenue 2023.
  • H. BELEGUEBLI, UAMB Algérie, soutenance prévue 2026.

Bilan Laboratoire d’accueil / Liste Post-Doc

  • R. BALEH – L3M Laboratory, Université Paris 8 (2005)
  • M. CHADLI – L3M Laboratory, Université Paris 8 (2006)
  • Ghazavizadeh – Quartz Laboratory (IUT) (2015)
  • A. Menouer Quartz (IUT)-L2ME UMMTO (2019)