Description du sujet de thèse

* Contexte et description du projet

L'électronique flexible est une technologie qui suscite un réel intérêt en raison des applications particulièrement intéressantes qu’elle permet d’envisager. Parmi ces applications, il y a la possibilité de concevoir des capteurs adaptables à des surfaces non planes telles que celles de la peau humaine, des textiles ou encore de formes complexes en général.
Cette technologie est rendue possible grâce à l’association de deux types de matériaux, électromagnétiques/inorganiques, plutôt fragiles, sous forme de dépôts et des substrats polymères beaucoup plus déformables.
De fait, cette association pose des problèmes fondamentaux de stabilité mécanique lors de la conception de tels systèmes et de durabilité de leur utilisation. Ces instabilités se traduisent par de la fissuration ou bien de la décohésion voire du flambement des couches inorganiques électromagnétiques les plus fragiles.
Un des objectifs du projet ANR DAMMAG est d'optimiser la résistance à la rupture des systèmes comprenant différentes couches nanométriques, dont certaines électromagnétiques, afin de préserver la conductivité électrique globale du système ainsi que leur propriétés/performance magnétique. Ceci passe par la détermination de l’impact des motifs d’endommagement sur ces propriétés électro-magnétiques du système.
C’est précisément le but du travail de thèse, proposée dans le cadre de l’ANR DAMMAG.

Pour cela, des simulations par la méthode des éléments finis seront menées, à l’aide du logiciel Abaqus, pour modéliser i) la rupture dans le film mince, ii) la rupture à l’interface film/substrat, iii) le développement de la plasticité dans le substrat. Une étude précédente a permis de modéliser par cette approche la multi-fissuration d’un film en tension uniaxiale en 2D. Il s’agit lors de cette thèse d’aller plus loin, et de modéliser le problème en 3D, en prenant en compte une interaction entre fissures afin de comprendre la richesse des motifs observés en fonction des conditions de sollicitations. On pourra pour cela utiliser une modélisation de la fissuration par champs de phases dans le film . Cette modélisation est innovante dans la mesure où elle repose sur une combinaison de méthodes à la pointe de la mécanique des films minces. Elle permettra au doctorant de devenir un expert en mécanique de la rupture et de fournir des outils très utiles à la communauté des films minces.
Par ailleurs, des mesures fines effectuées dans le cadre du consortium de l’ANR ont mis en évidence un impact de la mécanique sur les propriétés magnétiques des couches minces. Ainsi, une couche mince d’abord, saine au début du chargement, se fissure et l'on peut voir voir apparaître des fissures au fur à mesure que la chargement augmente.Deux propriétés magnétiques peuvent être mesurées, à savoir l’anisotropie magnétique et l’amortissement, mesurées pour deux systèmes types, l’un avec un dépôt magnétostrictif (CoFeB)et l’autre non (Ni80Fe20), en fonction du chargement. Il en ressort une diminution de l’anisotropie magnétique lors de l’endommagement pour le seul matériau magnétostrictif, et une augmentation linéaire de l’amortissement en fonction du chargement pour le seul matériau magnétostrictif, une augmentation d’autant plus « rapide » que l’épaisseur du dépôt magnétique est faible (présence de plus de fissures).

Le couplage mécano-magnétique sera réalisé en utilisant Abaqus pour le problème de fissuration délaminage et ComSol Multiphysics pour l’aspect magnétostrictif.

Contexte de travail

Le laboratoire Science et ingénierie des matériaux et procédés est localisé sur le campus Est de Grenoble, à Saint Martin d'Hères. Il s'agit d'une unité mixte de recherche du CNRS, de Grenoble INP - UGA et de l’UGA.
Le laboratoire regroupe physiciens, mécaniciens et chimistes des matériaux et des fluides sur des objectifs relevant de la conception et de l’élaboration de matériaux et de procédés.
Les 3 grands axes thématiques sont le développement de procédés, la relation microstructure-architectures propriétés et la durabilité des matériaux
Les recherches sont menées dans un cadre expérimental couvrant élaboration, procédés et caractérisation aussi bien que dans un cadre théorique avec les simulations et les modélisations, balayant presque toutes les échelles d’espace et de temps.
Le candidat ou la candidate sera accueilli dan sle groupe PM (Physique du Métal) pour ce sujet de thèse portant sur le comportement mécanique de films minces, qui est une spécialité des chercheurs de ce groupe.

Contraintes et risques

Pas de risque particulier -- simulations numériques