Offre de stage Master : Monitoring in-situ de la polymérisation d’une résine thermoplastique

École sous tutelle du ministère de l’économie, des finances et de la souveraineté industrielle et numérique, IMT Nord Europe est née en 2017 de la fusion de Télécom Lille et de l’École des Mines de Douai. Elle compte aujourd’hui parmi les plus Grandes Écoles d’ingénieurs au Nord de Paris avec plus 2200 élèves, dont un quart d’apprentis, plus de 600 diplômés par an et un réseau de 15 000 diplômés. Elle fait partie de l’Institut Mines Télécom, premier groupe public de Grandes Écoles d’ingénieurs et de management de France, et est partenaire de l’université de Lille.

IMT Nord Europe a 3 missions principales : former des ingénieurs responsables aptes à résoudre les grandes problématiques du XXIème siècle ; mener des recherches débouchant sur des innovations à haute valeur ajoutée ; soutenir le développement des territoires notamment en facilitant l’innovation et les créations d’entreprises. Son objectif est de former les ingénieurs de demain, maîtrisant à la fois les technologies numériques et les savoir-faire industriels. Idéalement située au carrefour de l’Europe, à 1 heure de Paris, 30 minutes de Bruxelles et 1H30 de Londres, IMT Nord Europe a l’ambition de devenir un acteur majeur des grandes transformations industrielles, numériques et environnementales du XXIème siècle en combinant, tant dans ses enseignements et que dans sa recherche, les sciences de l’ingénieur et les technologies du digital.

Localisée sur 2 sites principaux d’enseignement et de recherche, à Lille et à Douai, IMT Nord Europe s’appuie sur plus de 20 000 m² de laboratoire pour développer un enseignement de haut niveau et une recherche d’excellence dans les trois domaines « Systèmes Numériques », « Energie Environnement » et « Matériaux et Procédés ».

Pour plus de détails, consulter le site internet de l’École : www.imt-nord-europe.fr

Contexte Scientifique :

Le monitoring in situ est une technique de surveillance et de collecte de données en temps réel, effectuée directement sur le site d'un processus sans manipulation préalable d'échantillons. Cette méthode, développée au cours des dernières décennies, permet une compréhension approfondie et un contrôle optimal des processus observés, notamment dans le domaine de la polymérisation des résines. Dans ce contexte, le monitoring in situ fournit des informations cruciales telles que le degré de durcissement, les changements de viscosité, les profils de température et le comportement d'écoulement de la résine. Ces données facilitent l'optimisation des paramètres du processus, l'amélioration de la qualité des produits et la réduction des déchets par la détection précoce des défauts.

Les systèmes de monitoring intégrés aux procédés de fabrication des composites comprennent divers types de capteurs, notamment des détecteurs de propriétés électromagnétiques, des transducteurs à ultrasons, des interféromètres, des réfractomètres optiques, des spectromètres et des transducteurs de pression. Parmi ces technologies, les capteurs à fibre optique présentent des avantages significatifs pour le monitoring in situ de la polymérisation des résines. Leur nature peu invasive, leur immunité aux interférences électromagnétiques, leur capacité de multiplexage, leur haute sensibilité et leur résistance aux conditions extrêmes en font des outils particulièrement adaptés à cette application.

Cependant, l'implémentation des capteurs à fibre optique, bien établie pour les résines thermodurcissables comme l'époxy, présente des défis spécifiques pour les résines thermoplastiques pour la polymérisation in-situ. Ce type de résines thermoplastiques sont injectées dans un moule en l’état de monomère avec une faible viscosité et polymérise pendant le procédé de la mise en œuvre, à température ambiante ou élevée. Ce type de polymères thermoplastiques offrent des propriétés mécaniques comparables aux résines thermodurcissables tout en étant recyclable. Elles permettent une fabrication plus économique dans divers secteurs tels l'éolien, la construction et le transport. Leur mécanisme de polymérisation radicalaire, leurs temps de durcissement plus courts et leur réaction moins exothermique par rapport aux époxy nécessitent une adaptation des technologies de monitoring existantes. Ces caractéristiques imposent des contraintes sur la résolution temporelle des capteurs et l'efficacité du monitoring basé sur la température, soulignant la nécessité de développer des approches innovantes pour le suivi in situ de la polymérisation.

Missions :

L’objectif principal de ce stage est de développer une méthode innovante pour le monitoring in situ de la polymérisation des résines thermoplastiques à l’aide de capteurs optiques. Les missions incluront la réalisation des essais de polymérisation sur résine seule et en composites, intégrant des capteurs aux types des fibres optiques, pour évaluer leur efficacité dans des environnements thermoplastiques spécifiques. Le/la stagiaire testera et affinera les conditions d’intégration des capteurs dans les moules et les composites fabriqués par RTM, en résolvant les problèmes liés à leur déploiement dans des résines thermoplastiques. Il/elle comparera les résultats issus des capteurs optiques avec ceux des analyses DSC et thermocouples, en vue de valider les capteurs comme outils fiables pour suivre le degré de polymérisation en temps réel. Enfin, il/elle fournira un protocole expérimental standardisé pour l’intégration et l’analyse des capteurs optiques dans le suivi de la polymérisation des résines thermoplastiques. Les résultats attendus incluent une meilleure compréhension des capacités des capteurs optiques pour le monitoring de résines thermoplastiques et le développement d’une méthodologie applicable au contrôle qualité et à l’optimisation des procédés de fabrication de composites.

Activités :

−         Réaliser une étude bibliographique sur le monitoring in situ de la polymérisation des résines thermoplastiques et l’utilisation des capteurs optiques.

−         Mettre en place et conduire des essais de polymérisation sur résine thermoplastique seule.

−         Réaliser des essais de perméabilité sur les renforts textiles présélectionnés.

−         Réaliser des essais de polymérisation sur matériaux composites intégrant des capteurs à base de fibres optiques.

−         Intégrer différents types de capteurs optiques dans les moules et dans les composites fabriqués par RTM.

−         Acquérir et analyser les données issues des capteurs optiques lors des essais de polymérisation.

−         Comparer et corréler les résultats des capteurs optiques avec ceux des analyses DSC et des thermocouples.

−         Développer et formaliser un protocole expérimental standardisé pour l’intégration et l’exploitation des capteurs optiques.

−         Rédiger des rapports techniques et synthétiser les résultats obtenus.

Contribuer à la valorisation des résultats (présentations internes, recommandations méthodologiques).

Références :

1)      Hall M, Zeng X, Shelley T, Schubel P. In Situ Thermoset Cure Sensing: A Review of Correlation Methods. Polymers (Basel). 2022 Jul 22;14(15):2978. https://doi.org/10.3390/polym14152978

2)      Vogelwaid J, Hampel F, Bayer M, Walz M, Kutuzova L, Lorenz G, Kandelbauer A, Jacob T. In Situ Monitoring of the Curing of Highly Filled Epoxy Molding Compounds: The Influence of Reaction Type and Silica Content on Cure Kinetic Models. Polymers (Basel). 2024 Apr 11;16(8):1056. https://doi.org/10.3390/polym16081056

3)      Konstantopoulos S, Fauster E, Schledjewski R. Monitoring the production of FRP composites: A review of in-line sensing methods. Express Polymer Letters. 2014 Nov 1;8(11). https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2014.84

4)      Ivanov OV, Bhavsar K, Morgan-Clague O, Gilbert JM. Monitoring of Curing Process of Epoxy Resin by Long-Period Fiber Gratings. Sensors. 2024; 24(11):3397. https://doi.org/10.3390/s24113397

5)      Merad L, Cochez M, Margueron S, Jauchem F, Ferriol M, Benyoucef B, Bourson P. In-situ monitoring of the curing of epoxy resins by Raman spectroscopy. InNew Achievements in Materials and Environmental Sciences Names 2007 (pp. 155-158). EDP Sciences. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2008.10.006

6)      Kinvi-Dossou GR. Étude de la résistance à l’impact et de l’endommagement des composites stratifiés à matrice Elium acrylique: caractérisation expérimentale et modélisation numérique multi-échelle (Doctoral dissertation, Université de Lorraine).

7)      Liapi A, Saffar F, Roche JM, Beauchene P, Park CH. In-situ monitoring of consolidation process for high-performance thermoplastic composites by Fibre Bragg Grating. InICCM 2023 2023 Jul 30.

Ce stage de 5 à 6 mois sera réalisé à l’IMT Nord Europe (site de Douai) au CERI MP. Il s’adresse à un élève ingénieur ou master 2 filière recherche ou professionnelle possédant de bonnes bases dans l'un des domaines suivants : science des matériaux, plasturgie, génie mécanique, matériaux composites. Des connaissances dans le domaine des fibres et capteurs optiques seront appréciées. Nous recherchons une personne hautement motivée, ouverte d'esprit et flexible, avec un fort intérêt pour les défis multidisciplinaires. Des compétences expérimentales sont également les bienvenues.

Savoir être :

• Rigueur scientifique et sens de l’organisation dans la conduite des essais expérimentaux.

• Autonomie et esprit d’analyse pour résoudre des problématiques techniques complexes.

Savoir faire :

• Mise en œuvre et conduite d’essais expérimentaux.

• Analyse et interprétation de données expérimentales.

Connaissances :

• Connaissances de base en matériaux composites.

• Notions en techniques de monitoring des procédés (ou instrumentation expérimentale).

Conditions :

Ce stage sera réalisé à l’IMT Nord Europe (site de Douai) au CERI MP. Le poste est à pourvoir à compter du 01/03/2026 pour une durée de 6 mois.

Renseignements et modalités de dépôt de candidature :

•          Pour tout renseignement sur le poste, merci de vous adresser à

Dmytro VASIUKOV Tél. 03 27 71 24 48 - E-mail : dmytro.vasiukov@imt-nord-europe.fr

Chung-Hae PARK, Tél. 03 27 71 21 87 - E-mail : chung-hae.park@imt-nord-europe.fr

•          Pour tout renseignement administratif, merci de vous adresser à la Direction des Ressources Humaines : jobs@imt-nord-europe.fr  

•          Cet emploi est proposé en mobilité pour un fonctionnaire ou bien sous forme de contractuel de droit public.

•          Par ailleurs, le poste peut être aménagé pour une personne en situation de handicap.