Ingénierie des Matériaux et des Surfaces (IMS)

Diplôme national de Master Sciences, Technologies, Santé – M2

Parcours Ingénierie des Matériaux et des Surfaces (IMS)

Mention Génie Mécanique

Campus

Campus Arts et Métiers de :

Cluny
Lille
Paris
Sites des partenaires : ENSAIT Roubaix, ECAM Lyon et Université de Bourgogne – site de Dijon

Objectifs

Approfondir les étapes essentielles d’une démarche type gestion de projet scientifique
Apporter les outils nécessaires à la compréhension des phénomènes multiphysiques et à la modélisation dans le but d’améliorer les propriétés d’usage des matériaux. Un intérêt particulier est porté aux fonctionnalités de surfaces et à leur intégrité
Approfondir les connaissances de base en matériaux, mécanique, procédés de mise en forme et thermique, ainsi que les méthodes d’analyse et de caractérisation des matériaux, des surfaces et interfaces
Développer une démarche pluridisciplinaire qui traite de l’élaboration et de la mise en œuvre des matériaux, de leurs propriétés physico-chimiques et mécaniques ainsi que de leurs utilisations industrielles
Aborder les aspects "Relation Procédés de Fabrication – Microstructure – Propriétés Mécaniques" en s’appuyant sur la modélisation et sur des exemples industriels concrets.

Compétences visées

A l’issue de cette formation par et à la recherche, les étudiants diplômés devront :

Avoir acquis des connaissances scientifiques de haut niveau dans le domaine de matériaux divers (métaux et alliage métalliques, polymères et bio-polymères, composites, textiles)
Avoir acquis des connaissances scientifiques de haut niveau dans le domaine des procédés de fabrication (textile, dépôts CVD-PVD, traitements thermochimiques, polymères et composites, etc.)
Avoir acquis des connaissances scientifiques de haut niveau dans le domaine de la fonctionnalité et intégrité des surfaces et interfaces (rôle mécanique et chimique de la surface d’une pièce)
Acquérir la démarche de gestion de projet scientifique et des outils associés
Acquérir, pratiquer et approfondir les moyens de communications de la recherche scientifique, en anglais et en français.
Connaître et comprendre les grandes classes de comportement thermomécanique des matériaux, leur modélisation à l’échelle macroscopique ainsi que leurs applications industrielles
Être capable de concevoir et conduire une campagne d’essais expérimentaux avec des techniques et instrumentations adaptées et contrôlées

Être capable d’expliquer le lien entre la présence de défauts et d’hétérogénéités et le comportement thermomécanique des matériaux
Être capable d’améliorer les propriétés de surface en choisissant le procédé de traitement adéquat en lien avec l’application visée.

Programme

Le début de la partie académique de cette formation a lieu tous les ans fin janvier – début février, pour se finaliser mi-mai. Elle est suivie d’un stage (projet) de recherche d’une durée minimale de 4 mois et de 6 mois maximum. Certains partenariats (ENSAIT Roubaix, ECAM Lyon) peuvent supposer un début de stage/projet de recherche avant la partie académique.

La partie académique de ce Master se décompose en 7 Unités d’Enseignement (UE) :

(UEA) Adaptation : métallurgie et mécanique des milieux continus – Cluny
(UE1) Gestion de projet et initiation à la recherche (6 ECTS) – Cluny
(UE2) Polymères organiques et Mise en œuvre (4 ECTS) – Paris (semaine ATHENS)
(UE3) Matériaux composites (4 ECTS) – Paris et Roubaix
(UE4) Techniques expérimentales (6 ECTS) – Lille
(UE5) Traitements de surface (6 ECTS) – Cluny
(UE6) Métallurgie des poudres (4 ECTS) – Dijon

A noter : environ 20% des cours sont dispensés en anglais actuellement, avec une volonté d’augmentation forte dans les années à venir. Les supports et documents fournis aux élèves sont majoritairement en anglais.

Principaux animateurs scientifiques et pédagogiques de l’expertise

Sorin IGNAT (Arts et Métiers Cluny) – responsable scientifique du master et de l’UE1
Abbas TCHARKHTCHI (Arts et Métiers Paris) – responsable de l’UE2 et coresponsable de l’UE3
Xavier LEGRAND (ENSAIT Roubaix) – coresponsable de l’UE3
Adrien VAN GORP (Arts et Métiers Lille) – responsable de l’UE4
Corinne NOUVEAU (Arts et Métiers Cluny) – responsable de l’UE5
Aurélien BESNARD (Arts et Métiers Cluny) – coresponsable de l’UE6
Maria-Rosa ARDIGO-BESNARD (Université de Bourgogne) – coresponsable de l’UE6

Plateforme technologique associée

LaBoMaP – Laboratoire Bourguignon des Matériaux et Procédés, EA 3633, Arts et Métiers Cluny
PIMM – Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux, UMR CNRS 8006, CNAM et ENSAM Paris
MSMP – Mechanics Surfaces and Materials Processing, EA 7350, Laboratoire Multi sites : ENSAM Lille et Châlons-en-Champagne
GEMTEX – Laboratoire Génie et Matériaux TEXtiles EA 2461 UPRES-MEN, ENSAIT Roubaix
LabECAM – ECAM Lyon
ICB – Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, UMR 6303 CNRS, Université de Bourgogne
Université Elmo-Sanat (IUST, Iran University of Science & Technology) de Téhéran (Iran)

Modalités de validation

L’évaluation de ces unités enseignements se fait par du contrôle continu, des tests et/ou des soutenances, selon l’unité d’enseignement.

Modalités pédagogiques

Les enseignements sont sous forme de cours magistraux, travaux pratiques ou projet. Un stage/projet de recherche, en entreprise ou en laboratoire, de minimum 4 mois et maximum 6 mois, sera et devra être validé par un rapport et une soutenance devant un jury. Ce stage peut être réalisé en France (rémunéré conformément aux lois en vigueur) ou à l’international, sur un sujet que l’équipe du master peut proposer ou que l’étudiant peut trouver par soi-même (après accord du responsable scientifique du master).

Atouts de la formation

Cette formation donne :

Une vision élargie des matériaux, des procédés et de l’influence des surfaces et des interfaces
Une approche complémentaire entre expérimentation (matériels et méthodologies de haut niveau) et modélisation (multi-physique et multi-échelle)
Une démarche gestion de projet en général et scientifique en particulier

Débouchés

Ce master prépare à la poursuite des études dans des formations doctorales et forme des experts dans les domaines de la Mécanique des Matériaux et les Procédés de Fabrication. L’approche pluridisciplinaire proposée permet d'accéder à des postes en recherche et développement dans des grands groupes institutionnels ou industriels tels que le CEA, EDF, Renault, AREVA, APERAM, SAFRAN, etc. Plus d'un tiers des étudiants poursuivent par une thèse de doctorat (généralement accompagnée par un contrat CIFRE), généralement en partenariat avec l’une de ces entreprises.

Quelques domaines d’application :

Les matériaux de structure : les traitements thermomécaniques et de surface de ces matériaux ont pour but d’améliorer les propriétés d’emploi, la résistance à la corrosion ou à l’usure et la durabilité, tout en allégeant les structures.
Les matériaux composites et les multi-matériaux : utilisés par exemple dans l’industrie automobile pour alléger les structures tout en conservant leur rigidité.
Les polymères techniques et de hautes performances : Le liner du réservoir d’hydrogène à très haute pression (700 bars de fonctionnement) pour l’automobile
Les matériaux intelligents (« smart materials ») : les métaux ou les polymères à mémoire de forme
Les matériaux à gradient de propriétés : permettent d’améliorer localement les pièces mécaniques dans les zones les plus chargées, et conduisent à trouver des solutions optimales d’un point de vue économique et mécanique.
Les matériaux à surface fonctionnelle spécifique : dans le but de minimiser ou maximiser les frottements, brillance, tolérance dimensionnelle, réalisation de surfaces hydrophobes ou hydrophiles, résistance à la fatigue de contact…
Les matériaux revêtus : peinture, galvanisation, chromage, nickelage, projection par torche plasma, PVD, CVD…
Les biomatériaux : interface os-biomatériau, biocompatibilité de l’interface, adhérence des cellules, biointégration, usure et relargage de particules, biocorrosion, dégradation des biomatériaux pour prothèses orthopédiques…
Les matériaux à usage alimentaire : bioneutralité, résistance aux chocs, tenue thermique, adhérence, nettoyage, vieillissement …

Partenaires

Industriels :

Airbus Helicopters, PSA, EDF, CEA, SAFRAN, Airbus Group, AREVA, BODYCOTE, SAFE Metal, BMI Fours Industriels, SECO Tools, Delphi, Air Liquide, Total, ASCO-Forge, APERAM, A2C, Sandvik, COROMANT, etc.

Institutionnels

L’appui scientifique est principalement apporté par les laboratoires auxquels sont rattachés les enseignants du master. Les étudiants peuvent y effectuer leur stage, ou profiter d’une aide scientifique et expérimentale lorsque leur stage se déroule en entreprise.

LaBoMaP : Laboratoire Bourguignon des Matériaux et Procédés, EA 3633, Cluny

PIMM : Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux, UMR CNRS 8006, CNAM et Arts et Métiers Paris

MSMP : Mechanics Surfaces and Materials Processing, EA 7350, Laboratoire Multi sites : Lille ou Châlons-en-Champagne

GEMTEX : Laboratoire Génie et Matériaux TEXtiles EA 2461 UPRES-MEN, Roubaix

LabECAM : ECAM Lyon

ICB : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne, UMR 6303 CNRS, Université de Bourgogne

Université Elmo-Sanat (IUST, Iran University of Science & Technology) de Téhéran (Iran)

Universitaires

Nos partenaires étrangers (Institut d’Ingénierie en Science des Matériaux de Lodz-Pologne, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne - EPFL Suisse, EMPA - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt - de Thun, Université Lomonosov de Moscou-Russie, KIT Karlsruhe Institute of Technology-Allemagne, IUST, Université de Guilan et université de Téhéran, etc.) proposent des stages aux élèves en dehors de la période d’enseignement du master ou pendant leur projet.

Entreprises visées

Eurocopter, PSA, EDF, CEA, SAFRAN, EADS, AREVA, BODYCOTE, ECM, SECO Tools, Delphi, Air Liquide, Total, ASCO-Forge, APERAM, etc.

Exemples d’offres de stage proposées / de projets menés

Voici quelques exemples de projets, déroulés les années précédentes :

Développement de dépôts protecteurs sur outils de coupe lors de l’usinage assisté par cryogénie de Ti6Al4V
Caractérisation des nuances d’acier inoxydable martensitiques en sollicitation thermomécanique de type freinage (automobile)
Etude de l'usure des tubes de générateur de vapeur des Réacteurs nucléaires à Eau Pressurisée
Etude des mécanismes de la croissance des couches minces pour le développement d'un porte substrat pour le dépôt PVD
Caractérisation et étude de la cristallinité /expansion thermique du liner d'un réservoir d'hydrogène à haute pression pour l'automobile en vue de l'homologation
Tenue à la rupture de la zircone YFSZ, matériau modèle du dioxyde d’uranium UO2
Etude de la micromécanique d’un matériau composite (SMC)
Optimisation du dépôt de molécules fluorescentes organisées sur des surfaces (111) de métaux nobles
Modelization of rapid austenitization by means of the cellular automaton method
Caractérisation et modélisation du matériau des bielles d'avion en matériau composites

Le catalogue annuel d’offres de stages et thèses du CEA de Valduc est systématiquement mis à disposition des étudiants. Les laboratoires associés dans ce master et bon nombre d’entreprises partenaires proposent également des offres de stages/thèses, tous les ans.

Critères d’admission

Niveau académique (en général, mais aussi particulièrement dans des disciplines liées au sujet du master)
Motivations
Projet professionnel (adéquation avec le contenu et les objectifs de la formation)
Maîtrise du français
Maîtrise de l’anglais
Recommandations

Un niveau minimal (éliminatoire) pour chacun de ces critères pourra être exigé.

Date(s) limite(s) de candidature

Pour les étudiants Arts et Métiers : procédure interne
Pour les étudiants des partenaires (ENSAIT Roubaix et ECAM Lyon) : procédure interne
Pour les étudiants du double diplôme avec l’université de Téhéran : procédure interne
Pour les autres candidats : l’ouverture des candidatures est fixée tous les ans au 15 mai. Une première sélection a lieu fin juin – début juillet. Une deuxième étude des dossiers peut avoir lieu, si besoin, avant mi-septembre.

Informations pratiques

Langue de cours : anglais (supports de cours et environ 20% de la partie orale) et français
Nombre d’heures : 280h pour la partie académique
Crédits ECTS visés par la formation : 60, soit 30 pour la partie académique et 30 pour le stage de recherche
Coût annuel : 256€ taux normal (168€ taux réduit – étudiants Arts et Métiers qui préparent en parallèle le diplôme d’ingénieur). Des frais de sécurité sociale (maximum 217€) peuvent également se rajouter.
Lieu(x) de la formation : le mois de février (voire début mars) sur Cluny, puis une semaine sur Paris, une semaine partagée entre Paris et Roubaix, deux semaines sur Lille, deux semaines sur Cluny à nouveau et une semaine sur Dijon.

Candidatures

Les candidatures se font exclusivement en ligne.

Informations complémentaires

Les déplacements des étudiants, prévus dans le programme de la formation, dans d'autres campus Arts et Métiers ou établissements sont pris en charge par Arts et Métiers.