La recherche
Département Mécanique Appliquée
MAT’ECO
Matériaux pour la transition écologique

Vous êtes ici

MAT'ECO

MATERIAUX POUR LA TRANSITION ECOLOGIQUE

Contexte

Les activités de l’équipe Mat’éco ont pour objectif de contribuer au développement de matériaux et technologies plus respectueuses de l’environnement et favorisant la transition écologique et énergétique vers un développement durable des secteurs de l’industrie et du transport. Il s’agit ainsi de contribuer à l’objectif de neutralité carbone du continent à l’Horizon 2050 visant à limiter le réchauffement et les dérèglements climatiques.

L’expertise et les activités de Mat’éco portent sur les nouvelles générations durables de matériaux composites à hautes performances et sur les matériaux et systèmes pour le stockage de l’hydrogène. Au-delà des matériaux composites à matrice organique et renfort continu usuels, l’équipe porte son attention sur les renforts issus de plantes annuelles et les matrices polymères biosourcées. L’intérêt porté à ces matériaux réside à la fois dans les hautes performances mécaniques qu’ils présentent et dans le faible impact environnemental pouvant être obtenu grâce à leur caractère recyclable et/ou renouvelable.

Dans le domaine applicatif de l’énergie, en particulier du stockage de l’hydrogène, les travaux de l’équipe concernent aussi bien l’étude du comportement thermomécanique des matériaux utilisés comme média de stockage, comme les intermétalliques formant des hydrures réversibles, ou des matériaux structurels, constituant l’enveloppe du réservoir de stockage, parmi lesquels on trouve les matériaux composites plus traditionnels (fibres de verre et de carbone, résine époxy), mais aussi les matériaux polymères et métalliques et leur comportement sous sollicitation complexes

Une des originalités et des forces de l’équipe réside dans la diversité et la complémentarité des compétences et des outils développés aux échelles investiguées (du micro à la structure) pour réaliser ces ambitions.


Objectifs et Thématiques scientifiques

L’équipe Mat’éco a 2 axes principaux de recherche.

  •  Comportement mécanique et durabilité des matériaux composites biosourcés.

Mat’éco a une expertise reconnue sur la caractérisation et la modélisation du comportement thermo-hygro-mécanique des matériaux composites biosourcés et de leurs constituants (fibres végétales issues de plantes annuelles, polymères biosourcés, bois et matériaux hybrides). L’objectif est de massifier l’utilisation de matériaux renouvelables et recyclables, issus de ressources agricoles et forestières locales afin de contribuer à la réduction des émissions de CO2 liés aux procédés d’élaboration des matériaux. Les comportements étudiés intègrent la viscoélasticité, l’endommagement, les mécanismes à l’origine des phénomènes de rigidification ainsi que les couplages thermo-hygro-mécaniques. A chaque échelle, les liens entre les procédés d’élaboration/transformation, la structure, les propriétés résultantes et la tenue en service sont étudiées. L’approche expérimentale alimente la modélisation des différents comportements et phénomènes étudiés aux échelles pertinentes, et dans des conditions hygro- et hydro-thermiques contrôlées. Mat’éco développe à la fois des dispositifs expérimentaux originaux, des approches d’homogénéisation multi-échelles, des outils de micromécanique et des formulations phénoménologiques à fort contenu physique implémentés dans des codes de calcul par éléments finis. L’objectif à long terme est de contribuer au développement d’outils d’aide au dimensionnement de structures en composites à fibres végétales fiables, à faible empreinte environnementale, compétitive d’un point de vue économique et d’accroître leur densité de fonctions.

  • Matériaux et structures pour le stockage d’hydrogène.

Mat’éco investi également le domaine du stockage d’hydrogène sous forme comprimée et sous forme dite solide. L’équipe Mat’éco étudie le comportement et la modélisation multiphyisque des matériaux exploités dans les solutions de stockage en intégrant le caractère sévère des sollicitations induites par les hautes pressions mais aussi l’élément hydrogène. Les travaux visent à favoriser le déploiement du vecteur énergétique que constitue l’hydrogène : en apportant une meilleure compréhension des mécanismes de détérioration des matériaux employés dans les solutions hyperbares, de l’enveloppe étanche en polymère jusqu’au renfort structurel en matériaux composites, mais aussi en investiguant les phénomènes associés à la formation d’hydrures métalliques, tels que les changements de phase, la décrépitation, les résultantes mécaniques sur les réservoirs. Hormis les enjeux de développement de solutions décarbonées, les travaux apportent également des réponses au défi du déploiement et de l’acceptation grand public par des considérations sur la sécurité des solutions hyperbares ou sur l’approvisionnement des ressources, voire leur recyclabilité.

L’équipe s’attache à mener de front des travaux numériques, par des modélisations analytiques, par éléments finis, ou éléments discrets, et expérimentaux, par des équipements spécifiques à l’environnement hydrogène et des développements internes.

    Savoir-faire

    Les activités reposent sur trois piliers principaux de compétences :

    •  Comportement des matériaux, avec prise en compte de couplages spécifiques (thermique, hydrique, chimique …), avec une expertise de longue date sur les composites à matrice organique
    • Modélisation physique et numérique
    •   Caractérisation expérimentale incluant le développement de dispositifs originaux

    L’originalité des activités menées par l’équipe Mat’éco réside principalement dans les techniques et outils expérimentaux innovants développés ainsi que dans les approches théoriques utilisées pour caractériser et modéliser les comportements complexes dans des environnements sévères, exprimés par ces matériaux biosourcés et ces matériaux dédiés aux stockage hydrogène.

    Mise en œuvre

    Les activités de l’équipe ont permis de construire de nombreuses collaborations tant au sein de Femto-st que sur le territoire régional, national et à l’international. L’équipe est impliquée dans de nombreux projets de recherche collaborative :

    • SSUCHY - Sustainable Structural and Multifunctional Biocomposites from Hybrid Natural Fibres and bio based polymers. BBI JU (2017-2022, 7.41 M€, www.ssuchy.eu)
    • NETFIB - Valorization of fibres from nettle grown on marginal lands in an agro forestry cropping system –Era-NET (SUSCROP) (2019-2023, https://www.suscrop.eu/projects-first-call/netfib)
    • CAVHYTATION - Etude du phénomène de cavitation dans les matériaux des réservoirs d’hydrogène comprimé haute pression - EUR-EIPHI/Région Bourgogne Franche-Comté (2021-2024)
    • WooFHi - Wood/natural Fiber High homogeneity/performance composite – I-SITE BFC (2021-2024)
    Dernière modification :
    11/03/2022