Physique des procédés laser

Activités liées à la recherche

Table des matières
  1. Présentation des thématiques de recherche
  2. Encadrement doctoral et scientifique
  3. Diffusion & rayonnement

Présentation des thématiques de recherche

Mes travaux de recherche portent principalement sur : la compréhension des phénomènes phyiques (opto-thermo-hydrodynamiques) impliqués dans les procédés laser (découpe, soudage, perçage, fabrication additive), leurs conséquences sur le matériau et la durabilité des pièces en service, leurs maîtrises, leurs industrialisations (définition des besoins d’investissement, assurance qualité, amélioration continue, mise au point). Cette approche scientifique basée sur la compréhension des processus physiques a porté de nombreux fruits aussi bien au niveau recherche sur la compréhension de la chaîne de causalité générant les défauts induits par le procédé ou le développement de nouveaux outils permettant de mieux analyser (méthode DODO, calcul des grandeurs intrinsèques, modélisation) et maîtriser (tête optique à focale adaptative de perçage, tête de découpe ou de soudage, analyseur de laser de forte puissance) les procédés existants ou bien encore d’en développer de nouveaux comme l’oxycoupage assisté par laser. Cette approche des procédés mutliphysiques décrivant l’interaction laser-matière dans des régimes d’interaction allant jusqu’à plusieurs 10aine MW cm−2 et ses conséquences, nécessite d’établir des liens entre les champs disciplinaires que sont :

  1. l’interaction de la matière avec le laser lors de la propagation du faisceau jusqu’à la surface du matériau (diffusion élastique, réfraction, absorption). La plume de vapeur issue du matériau irradié est située sur la chemin optique du faisceau. Elle est source d’instabilités du dépôt de puissance et donc non-qualité des procédés.
  2. l’absorption du laser par la matière formant la pièce. En effet, si aux faibles intensités chaque matériau métallique présente un coefficient d’absorption macroscopique propre, aux fortes intensités les coefficients sont identiques et multipliés par 3 à 4 suivant les matériaux. Plusieurs hypothèses concourantes restent encore en lice : phénomène de multiréflexions microscopique (instabilité de Rayleigh-Taylor) ou conséquence du rapport d’aspect (piégeage géométrique), ou encore – est c’est l’hypothèse la plus probable – une augmentation de l’absorptivité intrinsèque des matériaux due à la température. Ce point est crucial pour l’ensemble des procédés laser puisqu’il décrit le chargement thermique du matériau initiant l’ensemble des processus physiques.
  3. l’hydro-thermodynamique des trois phases du matériau (vapeur, liquide, solide) sur des échelles de temps allant de la microseconde à plusieurs minutes avec des gradients de température s’étendant de 106 à 109 K m−1 et de cinétique thermique de 108 à 1010 K s−1. À cela s’ajoute que les rapports d’aspect des systèmes considérés (trou, saignée de découpe, capillaire de vapeur en soudage ou fabrication additive) s’étendent de 1 à 50. Tous ces ordres de grandeur laissent percevoir la grande difficulté de modélisation de ces procédés qui est encore à l’heure actuelle très limitée — actuellement les meilleurs modèles numériques décrivent, soit quelques régimes hydrodynamiques particuliers sur des échelles de temps de la seconde au mieux de la minute, soit décrivent l’ensemble des phénomènes physiques dont l’instabilité et la turbulence locale sur des échelles de temps de quelques centaines de microsecondes. Pour contourner cette difficulté je cherche à établir des cartographies des régimes opto-thermo-hydrodynamiques des différents procédés ; c’est l’objet de mon HDR.

Encadrement doctoral et scientifique

Encadrement de post-doctorats

  1. 2018 – 2020 Post-doc : Développement d’une tête de découpe par laser – Eurovia, A. Hamie.
    Faits marquants : Démonstration en milieu industriel du prototype sur un ensemble de configurations opérationnelles TRL 6 à 8
  2. 2018 (9 mois) Post-doc CNRS : Détermination de la dépendance à la température de la tension de surface des métaux liquides. R. Bolis.

Direction de thèses

  1. 2024 – Aujourd’hui Thèse DGA-CNES : Impulse transferred to a laser-irradiated object for space applications – CNES, DGA AID, CEMEF, Arts et Métiers, H. Hachimi.
  2. 2020 – 2023 Thèse CIFRE : Corrélation des flux d’éjectas avec l’hydrodynamique du bain liquide en fabrication additive L-PBF pour alliages d’aluminium – ONERA – Arts et Métiers, G. Chebil. PDF
    Faits marquants : Prix de thèse des JDD de l’ONERA 2022, 3 publications, 1 logiciel utilisant l’IA pour la reconnaissance, la catégorisation, la reconstruction de trajectoire des projections, Ingénieur MBDA.
  3. 2017 – 2021 Thèse CIFRE : Influence de l’environnement de travail en Fabrication additive « lit de poudre » – Air Liquide, S. Traoré. PDF
    Faits marquants : 1 publication, Ingénieur CETIM.

Encadrement de thèses

  1. 2015 – 2018 Thèse CIFRE : Développement d’une tête de découpe par laser et oxygène en milieu ouvert – CARDEM Eurovia, A. Hamie. PDF
    Faits marquants : réalisation d’un prototype, TRL 4 à 6, 2 publications, Chercheur AMValor.
  2. 2014 – 2018 Thèse A&M : Analyse expérimentale et numérique de l’interaction laser – lit de poudre. Application à la fabrication additive par laser, V. Gunenthiram. PDF
    Faits marquants : JLA Best Paper award 2020, 3 publications, Ingénieur CETIM.
  3. 2010 – 2014 Thèse DGA/CNRS : Interaction laser/matière en régime de perçage par percussion Analyse expérimentale, modélisation et simulation numérique, J. Girardot. PDF
    Faits marquants : Première modélisation complète du perçage par laser en régime percussionnel, Prix Bézier 2015, 11 publications, Chercheur A&M.

Diffusion & rayonnement

Expertise

2024 – Aujourd’hui Expert Ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche

2024 – Aujourd’hui Expert Gerson Lehrman Group

2022 Expert ANR

2016 – 2023 Expert procédés laser Additive Factory Hub, Région Île-de-France.

2016 – 2021 Expert Fabrication Additive pour l’Institut Carnot ARTS.

2015 – 2020 Expert ANRT

2014 – 2020 Expert procédés laser Safran Aircraft Engines et Air France.

2006 – Aujourd’hui Reviewer de journaux scientifiques, LIA : JLA, Springer : JMEP, IOP : J. PhysD, Elsevier : JOLT, JMAD, JMPT, JESTECH, 3 à 5 articles par an en moyenne.

Participation aux jurys de thèse et HDR

2023

  1. Rapporteur de la thèse de M.R. Kumar « Étude du capillaire formé lors du soudage laser de matériaux dissemblable: approche expérimental et numérique », dirigée par J. M. Jouvard et I. Tomashchuk.
  2. Rapporteur de la thèse de M. R. Manlay, Nanocomposites Al/n-SiC obtenus par le procédé de fabrication additive de fusion laser sur lit de poudre, dirigée par J. P. Garandet. PDF
  3. Rapporteur de la thèse de Q. Pouille, Intégration de fibres optiques dans des pièces issues de procédés de fabrication additive métallique, dirigée par P. Aubry. PDF

2022

  1. Rapporteur de la thèse de V. Plouze, Étude de revêtements base nickel pour le chaînage des procédés Cold Spray et L-PBF, dirigée par V. Guipont. PDF

2020

  1. Rapporteur de la thèse de A. Bouland, Recherche et optimisation des paramètres laser pour la décoration des matériaux polymères dans le secteur automobile, dirigée par J. P. Renault. PDF

2016

  1. Membre du jury de thèse de C. Guinard, Influence des propriétés morphologiques et mécaniques des barrières thermiques sur la fissuration interfaciale induite par perçage laser impulsionnel, dirigée par V. Guipont. PDF

Participation aux Comités de sélection

2024

  1. Rapporteur CoS 60MCF4261 pour le laboratoire DynFluid situé à Arts et Métiers Paris sur les thèmes de recherche : modélisation physique et calcul haute performance en mécanique des fluides compressibles (Section 60) – 3 dossiers rapportés.

2022

  1. Rapporteur CoS 60MCF4086 pour le laboratoire ICB-PMDM situé à Belfort sur les thèmes de recherche : développement de nouveaux procédés pour l’industrie 4.0 (Section 60, 62).

2021

  1. Rapporteur CoS 60MCF4246 pour le laboratoire PIMM-UMR 8006 située au CNAM sur les thèmes de recherche : Caractérisation multiéchelles et métallurgie physique et structurale (Section 33, 28, 60).
  2. Rapporteur CoS 62MCF0832 pour le laboratoire pour le GREMI-UMR 7344 de l’Université Orléans sur les thèmes de recherche : physique des procédés laser et interaction laser-matière (CNU 62).

2018

  1. Rapporteur CoS 62MCF0049 pour le laboratoire DynFluid situé à Arts et Métiers Paris sur les thèmes de recherche : écoulement diphasique avec ou sans transfert, cavitation, forçage acoustique, jet annulaire turbulent, contrôle actif (CNU 62).

2017

  1. Rapporteur CoS 62MCF0349 pour le laboratoire DynFluid situé à Arts et Métiers Paris sur les thèmes de recherche : Fluid mechanics, numerical methods, turbulence, energetics (CNU 62) – 6 dossiers rapportés.
  2. 2017 Rapporteur CoS 62MCF0109 pour le Laboratoire de Mécanique des fluides de Lille – UMR9014 situé à Arts et Métiers Lille sur les thèmes de recherche : Mécanique des Fluides expérimentale (CNU 62) – 4 dossiers rapportés.

Diffusion du savoir (vulgarisation), responsabilités et activités au sein des sociétés savantes ou associations

2013 – 2016 Membre du Conseil d’Administration du Club Laser et Procédés. J’ai participé à la définition de stratégie de développement et notamment démarché des industriels, dont Fives qui souhaitait développer son activité laser et a rejoint le CLP.

2010 – Aujourd’hui Membre à vie du Laser Institute of America.

Organisation colloques, conférences, journées d’étude

2025 Membre du comité scientifique et d’organisation Laserap. Du XX au XX octobre 2025 à Porquerolles.

2024 – Aujourd’hui Animateur de l’axe stratégique inter-équipes ESMP (Efficient and Sustainable Manufacturing Processes) du laboratoire PIMM L’axe ESMP favorise les travaux interdisciplinaires afin d’optimiser l’efficacité et la durabilité des processus et des méthodes de production en mettant en œuvre de nouvelles technologies, telles que le Big Data, l’intelligence artificielle, la modélisation et la simulation basées sur les données … le but est de dynamiser et structurer le savoir-faire du laboratoire sur l’optimisation des procédés complexes de fabrications : leur modélisation, leur surveillance et contrôle temps réel. En externe, il s’agit de renforcer la visibilité du laboratoire sur cette thématique. Concernant les projets structurants, leur création va s’appuyer sur des AAP dédiés. Ils seront prioritaires sur les demandes du laboratoire, notamment aux appels à projets des tutelles (INSIS, Ensam et Cnam), de l’ANR (PRC inter-équipe), PEPR, Carnot, bourses de thèses ED . . . et auront la possibilité d’être financés en partie sur les fonds propres de l’unité. Ils disposeraient également d’un accès prioritaire aux plateformes de recherche du laboratoire.

2022 Organisateur principal de Laserap. Du 10 au 14 octobre 2022 à Flée.

2017 Membre du comité scientifique et d’organisation LaserApe. Du 2 au 5 octobre 2017 à Nouan-le-Fuzelier École CNRS.

2017 Chairman LaserApe 2017 de la session Mécanismes physique des chocs laser – Applications de la conférence LaserApe, Nouen-le-Fuzelier, France.

2014 – 2016 Organisateur du séminaire mensuel du Laboratoire PIMM.

2016 Organisation et Participation à la Fête de la Science sur le Campus de Paris 14 –15 octobre. Organisation et animation de 3 ateliers.

2012 Membre du comité d’organisation Laserap 7. Du 1 au 5 octobre 2012 à Oléron.

2010 Chairman ICALEO de la session de soudage : Anaheim, Californie, États-Unis d’Amérique.