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Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie (M2ON)

La spécialité « Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie» s’appuie en interne sur trois des 8 équipes de recherche existantes de l’ICD, l’équipe Nanotechnologie et Instrumentation Optique, l’équipe Systèmes Mécaniques et d’Ingénierie Simultanée et l’équipe GAMMA 3 (équipe projet commune avec l’INRIA). Cette formation, à caractère transversal sur les domaines applicatifs des nanotechnologies et de l’ingénierie mécanique propose d’aborder les problématiques liées à l’optique, aux matériaux et procédés et leurs applications dans les domaines précités.
Cette formation par la recherche dans des secteurs très innovants propose des modules de formation très spécialisés en lien étroit avec les points forts des équipes de recherche concernées et des modules qui visent à élargir la culture scientifique des doctorants (modules pluridisciplinaires ou transversaux).
Au niveau régional, la spécialité bénéficie d’étroites collaborations existantes avec l’ENSAM chalons, l’URCA (LMEN, GRESPI). Elle s’inscrit également dans un contexte transrégional via le pôle MATERALIA.
Au niveau national, elle bénéficie à la fois de collaborations avec de nombreux organismes de recherche comme le CEA, l’Institut Français du Pétrole, l’INRIA, l’ONERA et l’industrie : SAFRAN, Renault, AREVA, EDF, Thales et St Gobain.
Elle bénéficie également de liens étroits au niveau international avec des organismes associés : Argonne National Laboratory et l’University of North Florida ou des accords entre universités dans le cadre de cotutelles : Université de Dortmund, Université Catholique de Santiago du Chili, Université de Cracovie, Université Libanaise, National Central University (Tw) et plus récemment Nanyang Technological University – Singapour.
Mis en contact tant avec les méthodes de la recherche fondamentale qu'avec des méthodologies de la recherche appliquée au sein de l’Institut Charles Delaunay, les doctorants reçoivent un complément de formation adapté aux réalités technologiques leur permettant de trouver des débouchés dans les centres techniques, les laboratoires et les entreprises.
En termes de perspectives, l’objectif est, tout en conservant les spécificités dans le domaine de la nanophotonique et de l’ingénierie mécanique, de renforcer les thématiques transversales. La spécialité bénéficiera dans ce contexte de la dynamique transrégionale avec en particulier le projet de création d’un Institut de Recherche Technologique sur les matériaux.

Modules Science et Technologie proposés :

MON1 - De la nanooptique à la photonique

4 crédits ECTS ST

Notion d'ondes évanescentes, principe de détection de ces ondes et instrumentation associée (SNOM), méthodes de calcul des champs électromagnétiques associés au champ proche optique. Excitations élémentaires (polaritons et plasmons polaritons) et structures associées. Applications : microscopie (cartographie de champ), spectroscopie (fluorescence, Raman),  lithographie (nano-photolithographie et fonctionnalisation localisées), extraction de lumière (LEDs) et énergie (photovoltaïque).

Equipe enseignante : R. Bachelot, A. Bruyant, J.L. Bijeon, A. Vial, G. Davy, G. Lérondel, Extérieurs (CEA-LETI et ANL-USA)

 MON2 - Modélisation théorique et numérique avancée en mécanique des solides et des structures

4 crédits ECTS ST

Classification des différentes non-linéarités en mécanique des solides. Bref rappel sur les aspects cinématiques et thermodynamiques en Grandes Déformations : gradients et tenseurs des déformations, vitesses des déformations, tenseurs des contraintes et vitesses des contraintes, dérivées convectives et rotationnelles et notion d’objectivité. Généralisation des modèles de comportement élasto-anélastique obtenus en hypothèse des petites perturbations au cas des transformations finies en tenant compte du couplage entre les différents phénomènes. Modèles macroscopiques phénoménologiques à variables internes.

Discrétisation temporelle et méthodes d’intégration d’équations de thermo-élasto-visco-plasticité avec opérateurs tangents consistants. Traitements numériques spécifiques aux différents couplages : thermique, mécanique, endommagement. Méthodes avancées et adaptatives de discrétisation temporelle et spatiale par EF. Couplage de la Méthode des Eléments Finis avec des méthodes sans maillage.

Equipe enseignante : K. Saanouni, C. Labergère

 MON3 - Matériaux : caractérisation multiéchelle

4 crédits ECTS ST

Diffraction rayon X et électrons, microscopie optique classique et confocale, microscopie électronique, microscopie à sonde locale, nanoindentation et interférométrie de speckle.

Equipe enseignante : G. Lérondel, J.L. Bijeon, J. Plain,  M.  François

MON4 - Matériaux : élaboration de nanostructures et propriétés

4 crédits ECTS ST

Elaboration et nanostructuration : croissance et dépôts, lithographie bottom-up et top-down, traitement de surface (grenaillage). Propriétés physiques des nanostructures. Etude de différents types de nanostructures; nanoparticules métalliques, puits et boites quantiques, nanofils, nanotubes de carbone, fullerènes... Applications à la mécanique, la (nano) optique, la (nano) électronique, la biologie...

Equipe enseignante : R. Jaffiol, J.L. Bijeon, J. Plain, G. Lérondel, D. Retraint, E. Barthel (DR - ST Gobain Research)

MON5 - Maillage et applications aux éléments finis

4 crédits ECTS ST

Le contexte général dans lequel se place la thématique « maillage » est la simulation numérique et plus précisément la résolution de systèmes d’équations aux dérivées partielles issus de domaines très variés (mécanique des fluides, mécanique du solide, électromagnétisme, énergétique, etc.). Dans ce cadre, les méthodes les plus utilisées sont les méthodes d’éléments et de volumes finis pour lesquelles il est nécessaire de construire un maillage « adéquat » du domaine où le calcul est mené (une pièce en mécanique du solide, une région entourant (ou entourée par) un objet en mécanique des fluides, ...). La construction de maillages est donc un point de passage obligé et, dans certains cas, est (et reste) un point bloquant.

Ce module se propose de donner quelques repères contextuels et chronologiques sur l’état de l’art de la thématique. Les thèmes abordés se déclinent en trois volets couvrant les aspects génération automatique de maillages, définition d’un environnement de calcul permettant à la fois de traiter les différentes étapes d’un calcul adaptatif et de considérer avec efficacité des problèmes de grande taille et méthodologie d’adaptation de maillages afin de pouvoir traiter des problèmes isotropes, anisotropes, à géométrie mobile ou déformable.

Du côté applicatif, ces ingrédients sont utilisés pour la simulation de problèmes d’écoulements en mécanique des fluides, de procédés de mise en forme en mécanique du solide et des interactions lumière-matière en matière structurée ou granulaire en électromagnétisme.

Equipe enseignante : H. Bourouchaki, A. Cherouat, T. Grosges + membres INRIA GAMMA 3

 MON6 - Sujets avancés en Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie

4 crédits ECTS ST

L’objectif de ce module est de proposer au doctorant de mener à bien un « travail de recherche personnel encadré » visant à accroître sa culture scientifique et technologique (en choisissant de travailler sur un sujet non lié directement à ses travaux de thèse) ou à approfondir ses connaissances dans un domaine spécifique en relation avec le sujet de thèse du doctorant (mais en se concentrant sur un point « dur » spécifique - méthodologique, scientifique ou technologique - , au-delà de ses seuls travaux de recherche).

Le sujet de travail sera défini et réalisé sous la supervision d’un enseignant-chercheur extérieur à l’équipe d’encadrement de la thèse. Le sujet sera validé a priori par le responsable de spécialité et le travail sera évalué par un jury (désigné par le responsable de spécialité) sur la base d’un mémoire de recherche et d’une soutenance.

Equipe enseignante : Responsable de spécialité – Enseignants-chercheurs des équipes de recherche support de la formation (ICD-LASMIS, ICD-LNIO, GAMMA 3).