Control of the dismantling process of laminated composites by laser shock for reuse with Structural Health Monitoring.

Fondé en 2010, le laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux (PIMM) visent à répondre aux enjeux « Matériaux » de l’industrie du futur et du développement durable dans les secteurs du transport, de l’énergie, de l’emballage et de la santé.

Le laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux (PIMM) rassemble une vaste gamme de spécialistes allant de la mécanique des matériaux et des structures à la métallurgie et la chimie des polymères, des procédés de mise en forme et d’assemblage aux méthodes avancées de la simulation numérique.

Les travaux s’attachent en particulier aux conséquences des procédés sur les propriétés d’emploi, via les défauts et les modifications de microstructures engendrées. Les activités développées en dynamique des structures et en commande et surveillance des systèmes, au-delà de leur justification propre, permettent d’apporter de nombreuses contributions à la compréhension et à la simulation des procédés. Nous pouvons ajouter que le laboratoire possède une compétence bien établie dans le domaine de la durabilité des matériaux, notamment dans le vieillissement chimique matériaux plastiques et la fatigue gigacyclique.

Le PIMM bénéficie d’un environnement de recherche collaboratif académique et industriel exceptionnel en Ile de France. Il est membre des deux Fédérations de Recherche Franciliennes en mécanique et métallurgie. Il est à proximité du synchrotron SOLEIL avec lequel il collabore dans le cadre d’un projet ERC sur la fatigue gigacyclique. Il est membre au travers d’Arts et Métiers à l’Additive Factory Hub fortement soutenue par la Région Ile de France et y apporte son expertise au travers d’une dizaine de thèse depuis 2017. Avec le Lulli et l’Ecole Polytechnique, il est aussi membre du projet CRONOS qui vient d’être retenu dans le cadre du programme SESAME Filière pour créer une filière industrielle d’excellence autour du choc laser pour l’étude et l’ingénierie des matériaux. Le PIMM est également membre de l’Institut Carnot ARTS. On peut compter plus d’une centaine de PME/ETI ou grands groupes en partenariat dont certains sont sur du long-terme dans le cadre de Chaire (avec Arkema et ESI) ou de laboratoire commun (Air Liquide).

Le PIMM possède un parc expérimental unique dans le domaine des procédés de mise en œuvre des polymères et des procédés Laser des alliages métalliques. Il étudie les microstructures et défauts induits par les procédés par les techniques de microscopie électroniques, à force atomique et d’analyses de diffraction et diffusion des Rayons X.  Dans le cadre du CPER 2021/2027, trois nouveaux équipements ont été demandés : Méso3D – Matériaux numériques qui a vocation à intégrer le groupement de service Paris Network for Advanced Microscopy porté par le CNRS, CRONOS en lien avec le projet SESAME Filière et FA-LASER pour l’acquisition d’une machine de production de poudres en faibles quantités couplée à un prototype de fabrication additive laser pour développer de nouveaux mélanges de polymères et composites, des polymères biosourcés ou recyclés. Ces équipements de pointe seront ouverts aux partenaires académiques et industriels.

Composite materials play a crucial role today due to their favorable strength-to-density ratio [1], with wide-ranging applications, notably in the aeronautic industry. Over the coming years, the European composite market is projected to grow by 7.5% annually [2]. Additionally, within the next decade, approximately 6600 airplanes will reach their End of Life (EoL) [3], leading to a surge in composite production and waste, posing environmental challenges.

To address these challenges, various recycling, reuse, and dismantling techniques, such as mechanical dismantling, mechanical thermal, and chemical recycling, are commonly employed [4]. However, these traditional methods often struggle to meet quality standards, are slow, and generate environmentally harmful dust. In response, laser shock technology has emerged as a novel disassembly process that efficiently dismantles materials without causing damage, thereby facilitating component reuse [5].

This internship is part of a project aiming to develop an innovative and efficient composite dismantling process using laser shock technology with double and symmetrical impact configurations. After dismantling, the material will be characterized to ensure maximum preservation. Subsequently, the disassembled composite plies will be characterized to explore their effectiveness for further reuse. Additionally, to simulate the effects of end-of-life waste ageing, oxide layers will be eliminated using laser shock, followed by disassembly and analysis of undamaged materials. By incorporating these studies into smaller-scale materials, parameters for the dismantling process on larger plates will be determined, all while utilizing an online SHM (Structural Health Monitoring).

The primary objective of this internship is to implement an online SHM procedure to monitor the entire process. This involves initially deploying piezoelectric transducers to evaluate offline thermal ageing under various conditions and subsequently utilizing the transducers to detect the oxidation process. Furthermore, the sensors will be integrated into the dismantling process to consistently identify the location of delamination, which is critical for industries dealing with the dismantling of large parts. The study has already succeeded in detecting severe delamination and calibrating the process using 150 x 40 mm² samples. The actual objective is to apply the SHM process to all ageing and dismantling procedures on 250 x 250 mm² samples. Some experiments will be conducted, primarily, this internship will focus on signal processing.

While the internship M2 involves laser and thermal ageing of composites, the primary expected skills revolve around physical measurement instrumentation, Acoustics (Fourier Transform, Time Series analysis), and Signal processing skills are required.

While the internship M2 involves laser and thermal ageing of composites, the primary expected skills revolve around physical measurement instrumentation, Acoustical competence (Fourier Transform, Time Series analysis), and Signal processing.

Required skills : Signal processing,Time Series, Fourier Transform, Physical measurement instrumentation