Lancement du projet MécaCuve avec l'entreprise Eco-Tech Ceram

Fruit de la collaboration de recherche entre
RAPSODEE UMR CNRS 5302, ICA-Albi UMR CNRS 5312 et Eco-Tech Ceram

19 septembre 2022

MécaCuve : un banc de fatigue thermomécanique

Partageant un intérêt commun pour la recherche et l’innovation dans le domaine des matériaux réfractaires à haute performance, et notamment concernant leur comportement thermomécanique, la société Eco-Tech Ceram et les centres de recherche et de formation ICA-Albi UMR CNRS 5312 et RAPSODEE UMR CNRS 5302 d’IMT Mines Albi, convaincus de leur complémentarité dans ce domaine, ont mis en place une collaboration de recherche.

L’objectif de cette collaboration est de dimensionner un banc de fatigue thermomécanique pour matériau de cuve de stockage de chaleur dite "fatale" étant actuellement perdue par des applications industrielles qui rejettent la chaleur dans l'atmosphère (four de briqueterie, fonderie, … ).

Ce projet de recherche appliquée est destiné à disposer de nouvelles connaissances sur l'effet des sollicitations cycliques thermiques et mécaniques sur le comportement en fatigue des cuves en conditions d’utilisation aux plus proches de conditions d'applications industrielles. Il vise à mettre en place une méthodologie de dimensionnement thermomécanique de cuves de stockage de chaleur et d'appliquer cette approche au cas d'un équipement pilote d'Eco-Tech-Ceram (Eco-Stock®).

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 mecacuve.jpg, par admin-adelagnes

Les porteurs du projet sont Rebecca Bonnaire, Luc Penazzi et Yasmine Lalau pour IMT Mines Albi,
Thibaut Esence pour Eco-Tech-Ceram

Projet Technique et Scientifique

Eco-Tech Ceram et les centres de recherche et de formation ICA-Albi UMR CNRS 5312 et RAPSODEE UMR CNRS 5302 d’IMT Mines Albi travaillent conjointement à la recherche et l’innovation dans le domaine du comportement mécanique ou thermomécanique de structures, d’outillages ou de procédés d’élaboration ou de mise en forme de matériaux, ceci à l’aide de méthodes issues de la photomécanique ou encore de la thermographie infrarouge quantitative.

Ces travaux ont comme objectif final de connaître le comportement en fatigue thermomécanique des matériaux de cuves de stockage d’Eco-Tech-Ceram au plus près des conditions d’utilisation. Pour y parvenir, il sera d’abord nécessaire de mieux connaître les conditions de chargement de la structure, au travers de modèles numériques et de mesures in situ (Etape 2), puis après une sélection de matériaux candidats (Etape 3) d’étudier l'influence des chargements thermomécaniques sur le comportement des matériaux (Etape 4) ainsi que de la tenue en fatigue thermomécanique (Etape 5).

L'étude consacrée au projet MécaCuve s’inscrit dans le cadre de l'application du volet sur la préservation de l'emploi R&D du plan de souveraineté technologique porté par France Relance. Ce projet comprend le recours à l'embauche de Mme Gweni ALONSO-ARRUFO Post-Doctorante (docteur.e RAPSODEE de mai 2022) sur 24 mois financé par l'ANR dans le cadre du plan de Relance.

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logo France relance 2022.png, par jfages

 

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logo ANR 2022.png, par jfages

 

 

En savoir plus sur les partenaires impliqués

Institut Clément Ader UMR CNRS 5312

L’Institut Clément Ader UMR CNRS 5312, est un laboratoire de recherche qui s’attache à l’étude des structures, des systèmes et des procédés mécaniques. Il s'appuie sur 5 établissements de tutelle : le CNRS, l'IMT Mines Albi, l'INSA de Toulouse, l'ISAE Supaero et l'Université Paul Sabatier.

Les thématiques de recherche portées par l’ICA répondent aux problématiques rencontrées par l’industrie lors de la conception, de la fabrication et au cours de la vie des nouveaux matériaux et de structures ou dans leur réparation des composites. Les collaborations continues de l’ICA avec les partenaires industriels du secteur aéronautique ont permis au laboratoire d’acquérir un savoir-faire et des compétences pour d'une part la caractérisation des sollicitations thermique et mécanique et d'autre part la compréhension des mécanismes de dégradations des propriétés mécaniques.  Il faut souligner le large spectre d’échelles qui est considéré à l’ICA, de l’échelle microscopique (eg. Microstructures d'acier à outil pour le travail à chaud des métaux) à l’échelle macroscopique (eg. Essais sur évaluateur technologique instrumenté).

Les activités de recherche sont réparties en quatre groupes, chacun sous-divisé en axes de recherche : (i) MS2M : Modélisation des Systèmes et des Micro-Systèmes, (ii)MSC : Matériaux et Structures Composites, ; (ii) MICS : Métrologie, Identification, Contrôle et Surveillance et (iv) SUMO : surfaces, Usinages, Matériaux métalliques et Outillage.

Ce Projet est accueilli à l'ICA par des membres des groupes de recherche SUMO et MICS. Le groupe SUMO s’intéresse aux relations procédé-microstructure-comportement pour caractériser, comprendre, modéliser, simuler et évaluer l’impact sur la tenue en service pour maîtriser ou optimiser le procédé. Le groupe MICS s’attache au développement et à l’exploitation de méthodes ou de systèmes de mesure dimensionnelle et/ou thermique.

Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302

Le centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 localisé à IMT Mines Albi développe des activités de recherche dans plusieurs domaines de recherche : Procédés thermiques et matériaux fonctionnels pour la biomasse, les coproduits et les résidus ; Intensification des procédés industriels ; Solaire à concentration ; Modélisation et simulation des systèmes énergétiques complexes. D’une manière générale, ses recherches portent sur le Génie des Procédés orienté Produits. Elles concernent la compréhension et la maîtrise des processus mis en œuvre dans des procédés industriels de transformation et de traitement de matériaux sous forme de solides divisés.

Les secteurs industriels concernés sont par exemple les industries à forte intensité énergétique (céramique, cimenterie, producteurs d'énergie, équipementiers et utilisateurs du séchage, de la pyrolyse, de l'incinération, etc.) ou les éco-industries impliquées dans le traitement et la valorisation des déchets ou biomasse solides. Les activités de recherche sont réparties dans deux groupes, chacun sous-divisé en 3 équipes : (i) Groupe de Recherche Poudre et Procédés (PP) ; et (ii) Groupe de Recherche Énergétique et Environnement (EE), chacun sous-divisé en 3 équipes.

Ce projet concerne principalement le périmètre d’activités du groupe EE. L'objectif des recherches menées dans le groupe EE est de produire des vecteurs énergétiques et des matériaux fonctionnels à propriétés contrôlées, en développant des procédés à haute efficacité énergétique et environnementale ainsi que les outils numériques pour comprendre les systèmes énergétiques mis en jeu.

Société Eco-Tech Ceram

La société Eco-Tech Ceram (ETC) a développé un système de récupération, stockage et valorisation de la chaleur fatale industrielle depuis plusieurs années. Le système est composé d’une cuve métallique qui contient des granulats céramiques, permettant le stockage de la chaleur issue de la circulation de fumées chaudes. Une fois le système chargé, le flux est inversé et la chaleur emmagasinée permet le chauffage d'un air frais. Les conditions d’utilisation du système exposent la cuve à des gradients de contraintes thermiques, à la fois spatiaux du fait du profil de températures au sein d’un système de stockage de type thermocline, et temporels du fait des cyclages répétés. Ces contraintes peuvent conduire à une dégradation de la structure dans le temps. Afin de garantir au plus juste la durée de vie de ses unités en conditions industrielles, Eco-Tech Ceram a besoin d’étudier ce risque.

 

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