Description

=> Lien du sujet avec Figure (Français et English):
https://groupes.renater.fr/sympa/attach/mecamat/MR1P264MB288451665FA276907829E62CCBCDA%40MR1P264MB2884.FRAP264.PROD.OUTLOOK.COM/CIFRE_5fAIRBUS_5fEMP_5fFRETTING_5fFATIGUE_5fIN_5fBONDED_5fASSEMBLY_5fFran_c3_a7ais_26English.pdf
NB : Date de démarrage décalées à Septembre/Octobre 2026

Problématiques Scientifiques et Industrielles :
Les phénomènes de fretting fatigue sont extrêmement pénalisants pour le dimensionnement des structures aéronautiques. Ces sollicitations, qui combinent fatigue et fretting (micro-glissements alternés dans les contacts), accélèrent les processus d’amorçage et de propagation des fissures. Ce phénomène est observé aussi bien au niveau des turboréacteurs que des voilures boulonnées ou rivetées des avions. Si la prédiction des endommagements pour les contacts dits « non conformes » (par exemple au niveau du pied d’aube d’un turboréacteur) est désormais bien maîtrisée, la prédiction des contacts dits « conformes », tels que l’assemblage de plaques par boulonnage ou rivetage, demeure beaucoup plus difficile à appréhender [1]. En effet, pour ces grands contacts dits « conformes » il convient non seulement de simuler les sollicitations mécaniques, mais aussi de prendre en compte des phénomènes tribologiques locaux, dits de Fretting Seizure Spot (Grippages locaux), qui favorisent la formation de TTS (Tribological Transformed Structures) [2].



Déroulement de la thèse
Après une revue bibliographique approfondie sur le sujet, le/la doctorant(e) effectuera un séjour chez AIRBUS afin d’identifier précisément la problématique industrielle et d’affiner l’ensemble des caractéristiques du problème relatif aux contacts soumis au fretting fatigue (configuration des contacts, conditions de chargement, matériaux, etc.). À partir de ces données, et en synergie avec les ingénieurs du CMAT, un banc d’essai dit « fretting fatigue bending bonded assembly », inspiré des travaux de Mantyla et al. [1], sera mis en place et instrumenté grâce à des mesures DIC (expertise du CMAT). Contrairement aux bancs existants, ce dispositif permettra de remonter localement aux sollicitations de fretting au sein des plaques assemblées. Une campagne d’essais sera ensuite menée afin d’étudier, en fonction des conditions de chargement (serrage entre les plaques, sollicitation en flexion, pression de contact), la durée de vie de l’assemblage en TA6V, mais aussi l’apparition des phénomènes de Fretting Seizure Spot (FSS) (grippage locaux) ainsi que la formation des TTS.
À partir de ces résultats, un modèle multi physique, inspiré des travaux réalisés au CMAT [3-4], sera développé. Ce modèle visera à simuler non seulement la diffusion, mais aussi la consommation de l’oxygène au sein de l’interface frottée, afin de prédire l’apparition des Fretting Seizure Spots (zones de sous-oxygénation de l’interface ne permettant plus la formation d’oxydes de surface et favorisant ainsi le phénomène de grippage « soudure métal-métal », ou seizure) ainsi que la formation des TTS. Cette modélisation tribo-chimique des phénomènes de fretting sera combinée à une analyse de fatigue multiaxiale, afin de prédire de manière plus fiable la durée de vie des assemblages en fissuration [5]. Le modèle sera, dans un premier temps, calé sur les données expérimentales, puis étendu afin de prédire le risque de fissuration par fretting dans les assemblages industriels (bonded assemblies).
Ces développements (copie du banc et modèle) seront ensuite transférés au centre R&D d’AIRBUS, qui pourra ainsi mettre en oeuvre une stratégie de dimensionnement optimisée, ainsi qu’une sélection adaptée de palliatifs (traitements de surface).

Compétences requises

Profil type pour une thèse à MINES Paris: Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d’innovation et de communication. Qualités d’adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent. Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) : Ingénieur Mécanique / Matériaux Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant • un curriculum vitae détaillé • une copie de la carte d’identité ou passeport • une lettre de motivation/projet personnel • des relevés de notes L3, M1, M2 • 2 lettres de recommandation • les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation • une attestation de niveau d’anglais

Bibliographie

[1] A. Mantyla, et al. Prediction of contact condition and surface damage by simulating variable friction coefficient and wear, Tribology International 143 (2020) 106054
[2] V. Lefranc, C. Gandiolle, M. Vallet, J. Bourgon, E. Héripré, S. Fouvry, V. Aubin, Scenario for the formation of fretting obtained TTS in TA6V from detailed microstructural analysis, Wear 571 (2025) 205834.
[3] S. Baydoun, P. Arnaud , S. Fouvry, Modelling adhesive wear extension in fretting interfaces: An advection-dispersion-reaction contact oxygenation approach, Trib.Int. 151 (2020) 106490
[4] P. Arnaud, S. Baydoun, S. Fouvry, Modeling adhesive and abrasive wear phenomena in fretting interfaces: A multiphysics approach coupling friction energy, third body and contact oxygenation concepts, Tribology International 161 (2021) 107077.
[5] P. Arnaud, S. Fouvry, Modeling the fretting fatigue endurance from partial to gross slip: The effect of debris layer, Tribology International 143, 2020, 106 069

Mots clés

Fretting Fatigue, Cracking, Wear, TTS