MANUFACTURE DES SURFACES
Biennale 2018

Les 2 et 3 octobre - Quartier Créatif Manufacture/ Cité du Design / Saint-Étienne

PROGRAMME

Mardi 2 octobre

Journée de conférences scientifiques et techniques – limitée à 200 personnes

  • Tarif entreprise : 250€
  • 9h15 : Accueil / Café + Viennoiseries
  • 9h45 : Mot d'ouverture par Gaël PERDRIAU Maire de Saint-Étienne et Président de Saint-Étienne Métropole et Samy KEFI-JEROME, Conseiller délégué à l’E-administration de la Région Auvergne Rhône-Alpes

ENJEUX DU TRAITEMENT DES SURFACES DANS L’INDUSTRIE

Modérateur : Philippe MAURIN-PERRIER, co-président HEF

  • 10h15 - 11h45

Aéronautique / Mécanique / Automobile

Conférence plénière sur les besoins et les enjeux du traitement des surfaces dans l’industrie
SAFRANTECH (Olivier Delcourt) / CETIM (Pierre Chalandon) / PSA (Jean-Michel Bordes)

Les traitements de surface pour les équipements aéronautiques : situation et perspectives

Montée en cadence de la nouvelle gamme de moteurs LEAP, réduction des coûts d’exploitation pour les compagnies aériennes, recherches de solutions pour améliorer le rendement des futurs moteurs et leur fiabilité, les challenges techniques ne manquent pas pour le périmètre des matériaux et procédés appliqués au domaine aéronautique !

Qu’il s’agisse de procédés par voie humide, ou par voie sèche, les traitements de surface contribuent fortement à l’atteinte de ces objectifs. La recherche scientifique et technologique est très active dans ce domaine pour répondre à la Directive REACH, trouver des solutions de protection à la corrosion/oxydation, et proposer des orientations innovantes pour des revêtements à fonctionnalités spécifiques (tribologie, anti-adhérence, …). Parmi les outils support, la modélisation des procédés et du comportement des couches constitue par ailleurs une voie de progrès qui permettra des itérations plus rapides.  

Traitements de surfaces dans l’industrie Mécanique : besoins et enjeux

Le traitement des surfaces est un enjeu majeur dans l’industrie mécanique, avec une maîtrise nécessaire de l’ensemble de la chaine de valeur produit et procédés, du besoin fonctionnel jusqu’à la validation opérationnelle.

Le besoin des fonctions à assurer couvre un large spectre, parmi lesquels la tribologie, l’étanchéité, l’assemblage, les écoulements ou la mouillabilité.

Au travers d’exemples, nous verrons que chaque matériau et procédé de mise en forme nécessite des propriétés et process spécifiques, avec souvent la nécessité de surfaces fonctionnalisées, texturées et additivées pour satisfaire aux équations liant rendement, durabilité, environnement et polyvalence.

Quelles solutions matériaux/traitements/revêtements pour rendre nos véhicules durables et nature friendly ? 

L’innovation, la recherche et le développement sont des leviers majeurs pour développer des avantages concurrentiels en répondant aux grands enjeux de l’industrie automobile (environnement, sécurité, nouveaux besoins de mobilité et de connectivité, etc.). Pour ce faire, le Groupe PSA investit chaque année dans ses activités de R&D pour garder un coup d’avance technologique au regard des évolutions environnementales et consuméristes.

Le périmètre des pièces mécaniques est pleinement concerné de par, notamment, la grande diversité des traitements de surfaces/revêtements et matériaux qu’il utilise. Et ce, indépendamment des types de motorisations (thermique, hybride ou électrique).

Les traitements de surfaces permettent en effet d’assurer une ou plusieurs fonctionnalités (anticorrosion, esthétisme, durabilité fonctionnelle etc…) tout en restant respectueux de notre environnement. Mais ils doivent se renouveler sans cesse de par l’accroissement des exigences auxquelles ils se doivent de satisfaire.

Après un bref état de l’art des solutions matériaux, traitements et revêtements actuellement usitées et parfois innovantes, nous balaierons pour le périmètre des pièces mécaniques les futurs besoins de l’industrie automobile sur quelques items particuliers dont l’anticorrosion, la tribologie, les assemblages mécaniques, l’esthétisme etc…

 

TEXTURATION DES SURFACES PAR LASER FEMTOSECONDE

Modérateur : Florent PIGEON, Vice-président UJM

  • 11h45 - 12h45

Interaction laser/surface

Comportement de la matière irradiée par un laser femtoseconde : de l’excitation du matériau à l’auto-organisation de la surface
UJM (J.P. Colombier)

Comportement de la matière irradiée par un laser femtoseconde: de l’excitation du matériau à l’auto-organisation de la surface

Les sources de lumières intenses et ultra-brèves concentrent une grande quantité de photons en temps et en espace, les rendant aptes à transformer, sonder et sculpter la matière.

Aussi, les potentialités offertes par les lasers femtosecondes se développent fortement, de la femtochimie aux percées biomédicales, tout en s’ouvrant aux applications industrielles.

En quoi ces sources laser sont-elles si spécifiques que leur déploiement permette d’envisager de nouvelles opportunités scientifiques, en particulier dans le traitement des surfaces ?

Au laboratoire Hubert Curien, l’originalité des développements liés aux technologies femtosecondes est guidée par une démarche de physicien, visant à exploiter les états extrêmes de la matière sous irradiation. La recherche se concentre sur le pilotage de la réaction du matériau le long de voies d’excitation et de relaxation électroniques, atomiques, thermiques et mécaniques.

Les procédés développés visent à piloter la dynamique ultrarapide de la matière et à organiser des modifications topographiques et structurales de la surface photo-excitée sur des dimensions nanométriques. A cette échelle, il devient possible de piéger la lumière et de faire interagir les photons de manière contrôlée avec le matériau afin d’obtenir des conditions physiques originales.

Par exemple, via le jeu des interactions locales, la rugosité d’une surface initialement désordonnée acquiert un ordre spontanément, appelé processus d’auto-organisation, et inspirant des structures biomimétiques. Ainsi, un contrôle précis de la structuration a le potentiel d’accroître voire révolutionner les fonctionnalités actuelles d’une surface.

Microtexturation des surfaces

Une application industrielle : amélioration du comportement tribologique des systèmes mécaniques
HEF (C. Heau)

Une application industrielle : amélioration du comportement tribologique des systèmes mécaniques

Les développements dans le domaine de la réduction des pertes par frottement pour l’industrie automobile sont toujours plus importants dans le contexte de la réduction des émissions de gaz à effet de serre. 

Il est nécessaire de continuer à réduire les pertes par frottement des moteurs à combustion interne qu’ils fonctionnent seuls ou au sein d’un système hybridé. L’ingénierie des surfaces joue un rôle important pour la réduction de frottement.

En particulier, la réduction de la rugosité des surfaces, combinées à un revêtement de DLC est une solution qui se développe fortement depuis quelques années.

Pour aller plus loin dans la réduction du frottement, on explore la possibilité de texturer ces surfaces à l’aide de laser femtoseconde. Dans ce cas, la réduction de frottement est envisagée par 2 mécanismes, ramener du lubrifiant pour réduire le frottement limite ou mixte ou au contraire réduire l’excès de lubrifiant en frottement hydrodynamique.

Les activités de recherche dans ce domaine ne s’arrêtent pas aux aspects tribologiques, elles incluent également les développements technologiques pour amener le cout de la technologie au niveau de productivité industriel requis.

  • 13h00 - 14h00 : BUFFET

LES SURFACES EN FABRICATION ADDITIVE

Modérateur : Philippe RIVIÈRE, Directeur Général Prismadd Défense 

  • 14h00 - 15h30

Surface et Fabrication Additive

Compréhension et maitrise de l’élaboration et des finitions de surface en fabrication additive
ENISE (Philippe Bertrand)

Les états de surface des pièces élaborées par les procédés de Fabrication Additive sont désormais un enjeux majeur et un verrou important à lever dans une optique de diffusion de ces technologies de fabrication dans l’industrie. Ils sont souvent jugés insuffisants pour les applications visées, notamment par exemple pour les parois de canaux internes dans le domaines de la microfluidique ou bien du médical.

Au-delà de travaux d’ores et déjà engagés pour contribuer à fonctionnaliser les produits issus de la Fabrication Additive au sein de l’ENISE et de MANUTECH (INSTEAD, SLAMM, 3D HYBRID), il convient de mieux comprendre les mécanismes physico-chimiques qui régissent l’élaboration de surface.

L’objet de la présentation à l’occasion du congrès MANUFACTURE DES SURFACES s’intéresse au lien existant entre les paramètres opératoires du procédé (propriétés physiques des poudres – distribution morphogranulométrique, interaction flux d’énergie/lit de poudre – densité d’énergie, épaisseur de couche, etc.) et les propriétés résultantes des surfaces et extrêmes surfaces fonctionnelles élaborées. Une discussion sur la caractérisation de ces surfaces si particulières est également proposée.

Dans un deuxième temps seront abordées les spécificités à adopter vis à vis des procédés mécaniques de traitement de surface (Abrasive flow machining, Tribofinition, etc.) pour atteindre les exigences requises depuis les états de surfaces bruts obtenus en Fabrication Additive.

Finition des surfaces sur des pièces fabriquées par procédé DED-CLAD®

IREPA Laser (Didier Boisselier)

Finition des surfaces sur des pièces fabriquées par procédé DED-CLAD®

Parallèlement à l’essor des solutions de CAO 3D, de nouvelles technologies ont vu le jour, permettant de passer directement d’un modèle numérique à une pièce 3D en vraie matière, sans rupture de la chaîne numérique. Au contraire des méthodes de fabrication traditionnelles dites soustractives (usinage), ces nouveaux procédés reposent sur la réalisation des pièces par ajout de matière par couches successives. Basé sur la technologie de rechargement par faisceau laser, IREPA LASER a développé une technologie de fabrication additive métallique nommée DED-CLAD® (Construction Laser additive Directe) qui appartient à la famille des procédés dits de ‘dépôt de matière sous énergie concentrée’.

Les derniers développements de lREPA LASER dans l’industrialisation de ce procédé DED-CLAD® seront donnés, autant pour la fabrication que pour la réparation, notamment de pièces aéronautiques. Des résultats de projets récents permettront de comprendre les enjeux de cette technologie et l’influence des stratégies de construction sur les caractéristiques de la pièce construite. Enfin, l’accent sera donné sur la finition des pièces et les différentes solutions permettant d’améliorer les états de surface

Maîtrise de la rugosité et précision géométrique

Procédé Hybride
MANUTECH USD (Guillaume Bidron)

Le secteur de la fabrication additive connait de très lourds investissements, démontrant l’engouement massif des industriels dans le domaine. Toutefois, l’essor de la technologie passera par l’émergence de nouvelles solutions techniques pour améliorer :

  • les qualités de surfaces, les performances (tribologiques, mécaniques, fluidiques) des pièces ;
  • la réduction des coûts et des délais, notamment en post traitement.

MANUTECH-USD a développé une machine hybride qui intègre une fonction additive et une fonction soustractive (laser ultracourt femto-seconde) en un seul procédé. Ces deux lasers agissent alternativement pendant toute la fabrication des pièces afin d’atteindre une haute qualité de finition et de précision.
Le laser ultra court, le cœur de métier de MANUTECH-USD, permet un micro-usinage de grande précision et la minimisation de la diffusion thermique de la surface du fait de l’extrême brièveté des impulsions. Son intégration dans une machine de fabrication additive améliore, en cours de production, l’état de surface et la précision dimensionnelle des pièces produites.

FONCTIONNALISATION DES SURFACES

Modérateur : Fabrice THOUVEREZ, Directeur LTDS – Ecole Centrale de Lyon

  • 15h30 - 17h30

Traitement de surface des poudres

Fonctionnalisation des poudres utilisées dans le procédé cold spray
LIFCO (Sébastien Bucher) 

Spécialisée dans le traitement de surface de la matière divisée, la société LIFCO a mis au point des technologies spécifiques pour réaliser la fonctionnalisation des poudres par enrobage des grains. Objectif : élaborer de nouveaux matériaux à hautes performances. Les applications sont nombreuses. Les poudres fonctionnelles sont notamment utilisées dans les procédés de projection thermique ou à haute énergie pour l’élaboration de revêtements ; ainsi que pour la fabrication de pièces massives par la métallurgie des poudres conventionnelle ou par les technologies de fabrication additive. Les poudres fonctionnelles proposées par LIFCO sont une solution adaptée et pertinente pour la réalisation de composants « multi-matériaux ». Elles offrent la possibilité de fonctionnaliser la surface d’une poudre existante afin d’en améliorer certaines caractéristiques (dureté, adhérence, mouillabilité, barrière de diffusion, aide au frittage, conductivité…). Les produits réalisés à partir de ces poudres fonctionnelles présentent de nombreux avantages comme l’homogénéité de composition, l’obtention de microstructures uniques, tout en en améliorant leurs propriétés physico-chimiques.

Le concept peut être appliqué pour tout type de système que ce soit métallique, céramique ou organique. Les possibilités qu’offre la technologie LIFCO de traitement des poudres sont nombreuses et permettent d’envisager un large éventail d’applications.

Les différentes voies de synthèses des poudres fonctionnelles ainsi que des exemples d’applications seront présentées.

Traitement de surface dans le domaine biologique

Influence des surfaces et de leur préparation dans la différenciation cellulaire
UJM (Alain Guignandon)

Influence des surfaces et de leur préparation dans la différenciation cellulaire

Les caractéristiques physico-chimiques des surfaces des biomatériaux influencent considérablement le comportement des cellules en particulier celui des cellules souches.

La chimie, la topographie à différentes échelles (macro/nano) sont interprétées par les cellules grâce à leurs multiples systèmes senseurs (récepteurs de surface, tension intracellulaire) qui modifient par exemple la prolifération, la différenciation des cellules.

En médecine régénératrice, la capacité de contrôler la destinée de cellules souches vers des cellules différenciées particulières ou la conservation de leur multipotence en modifiant les états de surface des biomatériaux seront brièvement abordées lors de cette présentation.

Nous aborderons les approches biomimétiques actuelles concernant les niches des cellules souches, d’un point de vue topographique et/ou mécanique (ANR Sinusurf).

J’illustrerais l’intérêt des traitements lasers femtosecondes pour moduler la réponse de cellules osseuses à l’interface de biomatériaux implantables (Projet INSTEAD).

En conclusion, je proposerais des pistes d’utilisation des surfaces texturées par Laser pour la programmation de cellules normales en cellules souches (iPS, induced pluripotent stem cells) qui sont au cœur des approches d’ingénierie tissulaire actuelles pour la médecine personnalisée.

Ingénierie de la perception

Compréhension de l’interaction sensorielle, perceptive d’un utilisateur avec une surface
MINES St-Etienne (Jenny Faucheu)

Compréhension de l’interaction sensorielle, perceptive d’un utilisateur avec une surface

Les problématiques liées aux propriétés psycho-sensorielles des matériaux et de produits manufacturés se développent fortement dans la conception de nouveaux produits industriels et domestiques car celles-ci peuvent constituer un élément important de la valeur perçue.

Ces propriétés sont souvent prises en compte de manière empirique dans les innovations relatives à de nombreux secteurs industriels tels l’emballage, l’industrie textile, l’automobile, l’électroménager, la cosmétique, ou l’agroalimentaire.

La mise au point de descripteurs sensoriels et de mesures associées est une première étape mais le nombre important des descripteurs peut rendre difficile leur intégration dans un cahier des charges. On voit émerger une demande pour une véritable « ingénierie de l’apparence ».

Deux types de démarches ont à ce jour été mises en oeuvre : la production de référentiels centrés sur espaces-produits relativement restreints ou des matériauthèques d’objets ou d’échantillons de matériaux, principalement à destination des Designers..

Traitement de surface hydrophobe

Procédés de texturation de surfaces polymères pour des applications hydrophobes
ECL (Élise Contraires)

La demande croissante de pièces avec des propriétés de surface contrôlées conduit à développer des méthodes permettant de texturer des pièces polymères en grand nombre. Pour cela, il est nécessaire de maitriser les procédés de mise en forme de ces pièces, comme le procédé de micro-injection.

Nous présenterons des résultats obtenus sur des pièces polymères texturées lors de leur mise en forme par injection, à partir de moules texturés par laser femtoseconde. Nous avons cherché à comprendre les effets des paramètres d’injection, mais aussi le rôle des traitements de surface présents sur les moules texturés sur la mise en œuvre de différents polymères thermoplastiques.

Les pièces polymères texturées présentent des propriétés hydrophobes voire superhydrophobes, étudié par des mesures d’angle de contact et d’hystérèse. Nous avons alors utilisé ces pièces texturées pour étudier l’effet de vibrations mécaniques sur le comportement de la goutte. Les vibrations générées ont permis dans un premier temps de sonder les modes de vibrations des gouttes, puis de mettre en mouvement ces gouttes sur de courtes distances. Différents types de comportement de la goutte sur les surfaces polymères texturées seront présentés

  • 17h45-18h00

Bilan et perspectives du LABEX Manutech SISE

Christophe Donnet et Yves Jourlin, professeurs à l’Université Jean Monnet

  • 18H00 : LANCEMENT DE L’ÉCOLE UNIVERSITAIRE DE RECHERCHE MANUTECH-SLEIGHT

Khaled Bouabdallah
Président de l’Université de Lyon 

Michèle Cottier
Présidente de l’Université Jean Monnet

Antoine Petit, Président-directeur général du CNRS
Éric Maurincomme, Directeur de l’INSA Lyon
Pascal Ray, Directeur de l’Ecole des Mines de Saint-Étienne
Fréderic Fleury,
Président de l’Université Claude Bernard Lyon 1
Jean-Louis Martin,
Directeur général de l’Institut d’Optique Graduate school
Dominique Pella,
Délégué Régional de l’INSERM
Frank Debouck,
Directeur de l’École Centrale de Lyon
François-Marie Larrouturou,
Directeur de l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Saint-Étienne
Philippe Maurin-Perrier,
Co-Président HEFGroupe
Fabrice Thouverez, Président du conseil d’administration du GIEManutech-USD
Fabrice Romano,
Fondateur de Keranova

auront le plaisir de vous convier au lancement de l’École Universitaire de Recherche MANUTECH-SLEIGHT 

  • Ce lancement sera suivi d’un cocktail et d'une soirée de gala