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Le Master Recherche Génie mécanique

Le Master Recherche Génie Mécanique est commun à six établissements de la région Midi-Pyrénées :

- UPS : Université Paul Sabatier (UPS)

- INSA : Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse,

- ENIT/INPT : Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tarbes,

- ENSICA : Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Constructions Aéronautiques,

- SUPAERO : Ecole Nationale Supérieure de l'Aéronautique et de l'Espace,

- ENSTIMAC : Ecole Nationale Supérieure des Techniques Industrielles des Mines d'Albi-Carmaux.

Intitulé du diplôme délivré en fin de cursus : Master Recherche

Spécialité : Génie Mécanique

1- Objectifs de la formation

Ce master est une formation à la recherche en Génie Mécanique. Couvrant de nombreux domaines scientifiques, il cherche à satisfaire au mieux les besoins importants de l'industrie mécanique mais s'attache à répondre aussi aux besoins spécifiques de la région Midi-Pyrénées, en particulier dans le domaine aéronautique et spatial.

La formation s'appuie sur l'ensemble des laboratoires de la région qui développent des activités dans le domaine du Génie Mécanique. Les intervenants sont, pour la plupart, des enseignants chercheurs qui travaillent en partenariat avec des laboratoires de recherche industriels, notamment à travers l'encadrement de nombreuses thèses qui sont réalisées sous convention CIFRE ou sous contrat.

Après avoir obtenu ce master, les étudiants peuvent entreprendre un doctorat dans la spécialité Génie Mécanique, spécialité largement représentée en France et partout dans le monde. L'Ecole Doctorale Matériaux, Structures, Mécanique est la structure d'accueil locale qui accompagne les thèses menées en relation avec les laboratoires de la région Midi-Pyrénées. Après un doctorat, les étudiants peuvent envisager une carrière dans l'Enseignement Supérieur et la Recherche ou trouver un emploi dans l'industrie mécanique.

2- Programme de la formation

La formation est composée de quatre parties principales : enseignements théoriques, étude bibliographique, séminaires, stages.

Enseignements théoriques (160 heures)

Les étudiants suivent obligatoirement des enseignements généraux ou cours de Tronc Commun (100h). Ces cours sont répartis sur les unités d'enseignement UE1, UE2 et UE3 :

• UE1 - Comportement Mécanique des Matériaux (8 ECTS)
  • Comportement des matériaux (22h)
  • Milieux anisotropes et composites (22h)
• UE2 - Conception (8 ECTS)
  • Conception optimale des systèmes mécaniques (22h)
  • Dynamique des structures (22h)
• UE3 - PEX (2 ECTS)
  • Plan d'expérience (12h) commun avec les deux autres Masters Recherche de l'Ecole Doctorale MSM.

 Chaque étudiant choisit des enseignements de spécialisation ou cours optionnels, en concertation avec le tuteur de son stage à venir et le responsable pédagogique du Master. Cette partie possède un poids au moins égal à 12 crédits ECTS, ce qui conduit l'étudiant à suivre au minimum trois cours optionnels (3 cours de 20h, soit 60h au total). Cette partie constitue l'unité d'enseignement UE4.

• UE4 - Spécialisation (12 ECTS)

L'offre est la suivante :

• Conception des structures aéronautiques et spatiales (ENSICA)
• Conception des structures multi-matériaux à base composites (INSA)
• Dimensionnement en thermomécanique (ENSICA)
• Dynamique rapide (UPS)
• Eléments finis non linéaires (UPS)
• Fiabilité en mécanique (ENIT / INPT)
• Grandes transformations thermomécaniques rapides (ENIT / INPT)
• Matériaux structuraux aéronautiques et spatiaux (SUPAERO)
• Méthodes numériques au service de la conception (ENSTIMAC)
• Modélisation de la commande des actionneurs à fluide (INSA)
• Qualité d'usinage (UPS)
• Simulation numérique de la mise en forme des métaux (ENSTIMAC)
• Simulation numérique de la mise en forme des polymères (ENSTIMAC)
• Simulation numérique et dynamique transitoire non linéaire (ENSICA)
• Structures des aéronefs (SUPAERO)
• Structures des satellites et des lanceurs (SUPAERO)
• Techniques expérimentales et numériques (ENIT / INPT)
• Usinage des surfaces gauches (UPS)
• Vibration des structures industrielles (INSA)

La liste donnée ci-avant constitue l'offre spécifique du Master Recherche Génie Mécanique mais les cours optionnels des deux autres Masters Recherche de l'Ecole Doctorale MSM peuvent aussi être choisis.

 L'offre de formation pour les étudiants suivant leur scolarité à l'Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tarbes concerne les unités d'enseignement :

• Fiabilité en mécanique (ENIT / INPT),
• Grandes transformations thermomécaniques rapides (ENIT / INPT),
• Techniques expérimentales et numériques (ENIT / INPT).

 Les UE1 et UE2 sont enseignées à Toulouse.

Etude Bibliographique

L'étudiant choisit le sujet de son stage dès le début du second semestre. Sa présence à temps partiel en laboratoire, au sein de l'équipe qui l'accueillira en stage, est imposée dès le début du mois de septembre. Parallèlement aux enseignements et aux séminaires, il doit réaliser une étude bibliographique préparatoire à son travail de stage sous la tutelle de l'enseignant chercheur responsable du sujet. Bien que ce travail soit encadré, il s'agit d'un travail personnel. Ce travail donne lieu à la rédaction d'un mémoire qui est remis au tuteur un mois avant fin janvier. Cette partie constitue l'unité d'enseignement UE5 et correspond à 5 ECTS.

Séminaires

Leur but est de faire découvrir aux étudiants les différentes facettes de l'activité de recherche, leur faire comprendre les enjeux, les règles et les contraintes liés à cette activité. Certains séminaires sont proposés en commun avec les deux autres Masters Recherche de l'Ecole Doctorale MSM :

- Conférences organisées par l'Ecole Doctorale (différentes chaque année)

- Initiation à la Recherche Documentaire

- Pratique des outils informatiques

Des séminaires seront organisés par la spécialité Génie Mécanique. Les thèmes pourront varier d'une année à l'autre. Toutefois, les thèmes suivants seront proposés de manière régulière :

- Méthodes optiques en mécanique

- Initiation à la mécanique de l'endommagement et de la rupture dans les matériaux composites

- Biomécanique

Les thèmes propres aux deux autres Masters Recherche de l'Ecole Doctorale MSM sont également éligibles. Le choix des séminaires fait l'objet d'une concertation entre l'étudiant, le futur tuteur de stage et le responsable pédagogique du Master. Un étudiant doit participer à au moins 20 h de séminaires.

Les élèves ENIT suivent les séminaires de recherche proposés par le LGP.

Stage de laboratoire (700h)

Les stages à temps plein commencent au début du mois de février et conduisent à des soutenances soit début juillet, soit début septembre. Le stage se déroule dans une des équipes d'accueil du Master Recherche. Ce travail donne lieu à une soutenance orale et un rapport écrit dans tous les cas.

Cette partie constitue l'unité d'enseignement UE6 et correspond à 25 ECTS.

L'étudiant peut compléter son cursus par des cours de langue dispensés par le Pôle Européen.

3 - Description des enseignements ENIT

Comportement des matériaux

Etude des mécanismes physiques de la déformation et de la rupture des métaux et des alliages. Déformations et contraintes vraies ou conventionnelles. Méthode de Neuber, méthode de la borne supérieure de la borne inférieure, méthode des tranches. Détermination du champ des contraintes élastiques dans un solide fissuré par la méthode de Wastergaard, détermination du facteur d'intensité de contrainte. Modèles d'Irwin et Dugdale. Mise en place du concept de taux de restitution d'énergie. Critère de rupture à partir du coefficient d'intensité de contrainte critique. Méthodes expérimentales de détermination. Critères de rupture basés sur l'intégrale J ou sur le COD. Lois de propagation des fissures. Méthodes numériques de calcul du coefficient d'intensité de contrainte.

Milieux anisotropes et composites

Etude des propriétés des principales fibres et résines. Elasticité anisotropes, micromécanique. Présentation des méthodes énergétiques de résolution. Critères de rupture. Analyse générale des plaques stratifiées, plaques sandwichs. Etude des effets de bord. Détermination des chargements critiques de flambement. Méthodes de calcul de poutres à sections pleines ou à sections minces.

Conception optimale des systèmes mécaniques

Principes de la conception optimale. Illustration par divers exemples dans le domaine du génie mécanique. Les méthodes d'optimisation déterministes. Critères d'optimalité. Problème sans contraintes: algorithmes de descente du premier ordre et du second ordre. Problèmes avec contraintes non linéaires: les méthodes directes et duales. Les méthodes d'optimisation stochastiques: méthode de Monte Carlo, algorithmes génétiques Optimisation couplée au calcul des structures par éléments finis. Optimisation de forme.

Dynamique des structures

Mécanique des vibrations, rappels de dynamique générale, oscillateur à n degrés de liberté, analyse modale discrète, équations fondamentales en dynamique des poutres et en dynamique des milieux continus, équation fondamentale des milieux continus éléments finis dynamique mécanique, chocs rappel sur les équations de Lagrange avec multiplicateurs théorie simplifiée des chocs, calcul des efforts de contacts: éléments contacts, intégration temporelle: explicite, implicite, Newmark, Wilson, superpositions de modes.

Plan d'expérience (ENIT / INPT)

Réflexion sur la conduite d'un travail expérimental: durée, précision, coût. Le simplex. Plans expérimentaux; plans fractionnaires, plans rotatifs. L'enseignement est essentiellement basé sur des exemples et ne théorise pas la méthode.

Fiabilité en mécanique (ENIT / INPT)

Rappel historique sur le risque en construction. Approche de la fiabilité en mécanique. Calcul des approximations de probabilité de défaillance. Approche algorithmique de la fiabilité.

Grandes transformations thermomécaniques rapides (ENIT / INPT)

Cinématique des grandes déformations: descriptions Lagrangienne, Eulérienne, Euléro-Lagrangienne-Arbitraire. Principes conservatifs en ALE: masse, quantité de mouvement, énergie. Lois de comportement en ALE: objectivité. Traitement numérique: conditions aux limites, remaillage. Application au domaine de la coupe stationnaire des métaux et au freinage.

Techniques expérimentales et numériques (ENIT / INPT)

Nouvelles techniques expérimentales (Stéréo-corrélation, Interférométrie de speckle, infrarouge…). Identification des propriétés mécaniques et thermiques (thermoélasticité, ultrasons…). Identification des comportements de structures métalliques. Identification des comportements de structures plastiques/composites. Application aux matériaux élastiques isotropes et anisotropes, visco-élastiques, hyper-élastiques… Recalage de modèles éléments finis / expérimentation.

Equipes d'accueil en stage de recherche

Six laboratoires de la région Midi-Pyrénées proposent des stages de recherche aux étudiants du master. Il s'agit de :

• Le Laboratoire de Génie Mécanique de Toulouse (LGMT),
• Le Laboratoire de Génie de Production (LGP),
• Le Laboratoire Matériaux et Structures de SUPAERO,
• Le Département de Génie Mécanique de l'ENSICA,
• Le Centre de Recherche Outillages, Matériaux et Procédés (CROMeP),
• Le Laboratoire de Biomécanique (LB).

L'activité des personnels de ces six laboratoires couvre dix thèmes de recherche résumés ci-après :

1. Mécanique, matériaux et procédés

Les recherches sont orientées sur l'optimisation des outillages de mise en forme, en raison de l'intérêt industriel sur ces questions et de la nécessité d'une approche pluridisciplinaire pour résoudre les problèmes scientifiques et techniques sous-jacents.

2. Conception mécanique assistée par ordinateur

Les développements vont de l'identification expérimentale des lois de comportement des matériaux à la simulation numérique et à l'intégration des résultats au niveau du système de fabrication.

3. Couplage procédé-propriétés mécaniques des composites

Les actions de recherche de ce thème permettent de couvrir les différentes échelles et les différentes phases d'une structure en matériaux composites à matrice polymère (depuis la naissance de la pièce jusqu'à sa ruine

5. Macro et micro systèmes à fluide

L'activité de recherche est orientée vers la conception, la modélisation, la simulation et l'expérimentation des macro et microsystèmes à fluides ainsi que l'élaboration de leurs lois de commande.

6. Modélisation et optimisation des ensembles mécaniques

L'équipe développe des actions de recherche suivant quatre grands axes :

Modélisation des assemblages mécaniques, conception optimale des systèmes mécaniques. Etude du comportement dynamique des structures non-linéaires. Modélisation du comportement mécanique des micro-structures MEMS.

7. Modélisation des structures

Cette équipe développe des actions de recherche portant à la fois sur l'aspect théorique et expérimental sur les plans : modélisation du comportement des structures composites aéronautiques (poutres, plaques sandwichs), tolérance aux dommages des structures composites, dynamique des structures.

8. Usinage et machines

L'équipe usinage et machines développe des actions de recherche dans les champs : amélioration de la qualité d'usinage en Commande Numérique, étude et optimisation des trajectoires d'outils sur machines multi-axes, amélioration de la qualité des surfaces usinées de pièces en bois.

9. Fiabilité

Le dimensionnement optimal d'un composant mécanique est abordé ici par une approche fiabiliste afin de prendre en compte les dispersions aléatoires de chaque aspect (chargement, géométrie, matériau, …) dans la définition d'une loi de comportement.

10. Biomécanique

Les développements concernent des approches mixtes (théorique, numérique et expérimentale) pour la modélisation des interactions mécaniques et biologiques dans le corps humain