Activités de recherche en Physique Sanitaire et de l’Environnement

Mots clés : radioprotection, environnement, instrumentation, gamma camera, rayons x, reconstruction tomographique d’images, contrôle de qualité.

Mes activités de recherche se répartissent sur deux axes principaux qui se décomposent chacun en différents thèmes :

a) Physique Sanitaire et de l’Environnement (1992 –1997).

b) Corrélation entre les caractéristiques microstructurales et l’état mécanique (depuis 1997)

Traitement d’images et algorithmes de reconstruction en médecine nucléaire

Mon travail de Lauréat a concerné la réalisation d'algorithmes pour le traitement d’images en scintigraphie rénale[1] pour la détermination de la clairance[2] rénale de la créatinine[3].

Différentes méthodes de détermination de la clairance rénale sont disponibles : la méthode directe, où le patient après administration d’un traceur marqué 131I (T1/2 = 8 jours) est soumis à une série de prélèvements de sang pour obtenir la valeur de la créatinine et la méthode d'investigation indirecte par techniques scintigraphiques avec un traceur marqué 99mTc (T1/2 = 6,02 heurs) à basse dose. L'examen scintigraphique consiste à administrer au patient une molécule marquée à l'aide d'un isotope g radioactif. La molécule dont on suit le devenir dans l'organisme est choisie en fonction du diagnostic à effectuer. L'acquisition de ces images en rapide séquence permet d'évaluer l'évolution temporelle d’une telle distribution dans l’organe cible avec g-caméra.

La méthode d'investigation employée, sans prélèvements de sang, réalisée avec une g-caméra NaI(Tl) est à un niveau initial d'enquête, peu envahissante pour le sujet concerné, rapide, économique et applicable à tous les patients subordonnés à une scintigraphie. Ce qui est important en environnement clinique est de pouvoir compter sur une méthode reproductible, précise, et qui permet d'effectuer des contrôles sur la pathologie dans le temps, sans graves conséquences pour le patient. Cette méthode a répondu positivement à ce but et, par conséquent, a été préférée à la méthode multi-prélèvements qui, elle, impose des conditions d’applicabilité difficiles dans la pratique hospitalière.

Le Mastère en Physique[4] a porté sur le contrôle de qualité, l’analyse et l’évaluation des performances de la SPECT à trois têtes. L’activité de recherche portait principalement sur l’acquisition des données et la reconstruction tomographique d’images SPECT. La tomographie d’émission mono-photonique (SPECT pour Single Photon Emission Computed Tomography) est une technique utilisant des traceurs radioactifs permettant d’explorer différentes fonctions physiologiques et en particulier les débits sanguins, c’est-à-dire la perfusion des tissus et le métabolisme de l’organe comme la consommation en glucose. Elle nous a permis de visualiser de façon simple et pour une faible dose d’irradiation des organes non accessibles à la radiologie conventionnelle (rein, estomac, foie, thyroïde, cerveau, cœur...), de réaliser des images non seulement morphologiques mais aussi fonctionnelles; seules les zones physiologiquement actives captent la molécule marquée, l’intensité de la captation étant liée à l’activité physiologique ou métabolique.

De plus j’ai réalisé des tests spécifiques faisant partie intégrante d’un programme destiné à assurer la qualité des images SPECT. Ce travail a consisté en une expertise dans le domaine de la physique médicale au sein du centre de Médecine Nucléaire. Il a permis d’optimiser les techniques d’imagerie médicale afin de fournir des clichés adéquats, de contrôler l’irradiation des patients, d’améliorer ainsi leur radioprotection. Dans ce contexte, le développement des méthodes de mesure objective de la qualité d’image suit l’évolution des techniques utilisées pour estimer les doses délivrées au patient, lors des examens.

Caractérisation d’un détecteur (CdZn)Te

L’activité de recherche de ma thèse de spécialisation[5] en Physique Sanitaire et de l’Environnement a porté sur la caractérisation d’un détecteur (CdZn)Te (Tellurure de Cadmium activé au Zinc) pour la détermination de la qualité d’un faisceau de rayons X. Ce détecteur (CdZn)Te a été destiné à la spectrométrie à haute résolution et à l’imagerie, résolue en énergie et en temps, des rayonnements X et g à température ambiante.

Les études ont porté sur la caractérisation de ces matériaux semi-conducteurs (CdTe et (CdZn)Te), sur la mise au point des comportements des détecteurs et l’évaluation de leurs performances dans des applications déterminées. Les détecteurs (CdZn)Te semi-conducteurs fonctionnant à température ambiante présentent, tant sur le plan scientifique qu’industriel, des caractéristiques intéressantes pour la détection g. Ces dispositifs sont actuellement les meilleurs détecteurs existant à température ambiante pour ce qui est de la résolution en énergie, de la résolution spatiale et de l’efficacité de détection à haute énergie. Dans le cadre de cette thèse, j’ai testé les diverses applications possibles en médecine nucléaire et en radiologie.


Corrélation entre les caractéristiques microstructurales et l’état mécanique

Mots clés : propriétés mécaniques et physiques ou physico-chimiques, contraintes résiduelles, traitement de surface, couches mince, interfaces céramique/métal, techniques diffractrométriques, simulations numériques.

Depuis 1997, j’ai eu la possibilité de collaborer avec différents Instituts Universitaires et Laboratoires de Recherche, Principalement, j’ai étudié et caractérisé, aussi bien à un niveau micro-mécanique qu’à un niveau microstructural, des biomatériaux et des céramiques ainsi que des alliages pour l’industrie et l’aérospatiale. Je me suis surtout préoccupée des techniques diffractométriques, comme la diffraction par neutrons et par rayonnement synchrotron dans les principaux laboratoires européens (ILL, LLB, HMI (actuellement HZB), TUM, ESRF et HASYLAb). Par ailleurs, lors de mes activités de recherche j’ai développé des compétences concernant d’une part l’utilisation et la maîtrise de grands appareils et diverses techniques expérimentales, et d’autre part des compétences en développement et programmation.

Nommée Maître de Conférences en septembre 2003 à l’IUT Louis Pasteur de Schiltigheim, j’effectue mes activités de recherche au sein de l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, dans le Département Surfaces et Interfaces. L’activité de ce département est axée sur l’étude de la nucléation, la croissance et la structure de couches minces de nouveaux matériaux à l’échelle micro et nanoscopique. Ces travaux expérimentaux sont accompagnés d’une activité théorique qui porte sur la modélisation des processus physiques qui pilotent la croissance, la structure, la dynamique et les propriétés magnétiques d’agrégats en couches minces.

Le thème central de mon activité de recherche porte sur : les activités d'élaboration (couches minces nano-structurées, revêtements céramiques, systèmes métal/polymère/métal) et les études des propriétés physico-chimiques et mécaniques. Les principaux objectifs visent l’élaboration de nouveaux matériaux à propriétés originales, la compréhension du rôle des interfaces dans l'élaboration, la transformation et les propriétés d'usage des matériaux, et l'amélioration de leurs performances (durabilité…). Le thème fédérateur est l'analyse des couplages entre ces transformations, les contraintes mécaniques et celle d’origines chimiques et/ou thermiques et la morphologie.

Évaluation des contraintes résiduelles par techniques diffractométriques et simulations numériques

Application aux interfaces céramique-métal

Application aux tubes de précision

Systèmes multicouches : Matériaux de fonctions

Applications aux biomatériaux : couches minces de phosphate de calcium

Application tribologique: élaboration, caractérisation et valorisation de nouveaux revêtements nano-structurés d’Al203 obtenus par PLD et MS

Matériaux fonctionnelles hybrides (métal/polymère/métal)

 

Évaluation des contraintes résiduelles par techniques diffractométriques et simulations numériques

Application aux interfaces céramique-métal

Le principal objectif de cette recherche qui était méthodologique, et qui peut être appliquée à tous les systèmes multicouches, nous a conduit à déterminer les contraintes résiduelles de deux échantillons constitués d’un substrat d’alliage de palladium et d’un substrat d’alliage de palladium revêtu par la technique Porcelaine Fondue sur Métal (PFM) de deux couches de céramiques (S) fonctionnelles : céramique opaque (L1) et vitrocéramique (L2). Ce procédé a pour but d’améliorer la résistance de la porcelaine et des interfaces et pour qu’il soit efficace, le coefficient de dilatation thermique de ces porcelaines doit être très proche de celui de l’alliage et la température de fusion de l’alliage de palladium doit être supérieure à la température de fusion de la porcelaine. Cependant, des contraintes résiduelles peuvent être présentes dans les deux matériaux. Elles dépendent principalement des traitements thermiques et peuvent avoir une très forte influence sur le comportement mécanique de l’échantillon, en particulier sur la tenue en service de la céramique et de l’interface céramique-métal.

Figure 1 : Section MET des interfaces (L2/L1/S) et EDS analyse (gauche) ; contraintes résiduelles par rayonnement synchrotron dans les premiers 50 µm du métal S et dans le céramique L2.

 

Afin d’évaluer les contraintes résiduelles, des mesures par diffraction de neutrons et des rayons X en laboratoire et par rayonnement synchrotron à haute énergie ont été effectuées. Ces techniques permettent une détermination précise et non-destructive des contraintes résiduelles dans le massif et aux interfaces des matériaux. Elles sont fondées sur la mesure des déformations du réseau cristallin, les contraintes résiduelles étant déduites des données expérimentales en appliquant les lois de l’élasticité linéaire. Elles se sont avérées complémentaires car elles ont permis d’analyser différentes profondeurs de l’échantillon :

- La diffraction des neutrons pour étudier à la fois les couches superficielles et internes de la vitro-céramique, ainsi que le substrat métallique ;

- Le rayonnement synchrotron à haute énergie a permis de caractériser l’interface céramique-métal.

Afin de décrire de manière plus réaliste l’évolution des contraintes depuis le substrat métallique jusqu’à la surface de la vitrocéramique, j’ai déterminé grâce à une simulation numérique la profondeur « vraie » du volume diffractant par neutron et par rayonnement synchrotron.

       

Figure 2 : Volume de sonde du synchrotron partiellement immergé dans l'échantillon (à gauche). Evolution de l'intensité diffractée par rapport à la profondeur de réglage de l'appareil (à droite).

 

Ce travail a concerné le développement d’une simulation numérique de spectromètres deux axes où, nous avons mis au point une approche innovante pour résoudre les problèmes liés aux phénomènes physiques (l’absorption pour les mesures par synchrotron à haute énergie et la dispersion de longueur d’onde pour la diffraction neutronique) intervenant dans la mesure et les aberrations géométriques inhérentes à chacune des techniques utilisées. Pour cela nous avons développé deux programmes de simulation de type Monte Carlo, afin de modéliser complètement n’importe quel spectromètre deux axes sur des installations neutrons et synchrotron, dédiés à l’évaluation des contraintes résiduelles.

Dans le cas du programme NEUTRONS la simulation prend en compte l’ensemble des éléments des spectromètres. Ce programme permet la description d’un échantillon complexe. De plus, la divergence horizontale et verticale des faisceaux incident et diffracté, des conditions locales de diffraction et de l’absorption des neutrons dans le monochromateur et l’échantillon sont pris en compte. Ce programme de simulation calcule tout d’abord la distribution de l’intensité et la longueur d’onde à travers le faisceau incident, ensuite la forme et la taille précise du volume-sonde. Il définit le centre du volume diffractant en tenant compte de l’absorption dans la matière. La position du centre du volume diffractant est définie à travers l’ajustement des données expérimentales en fonction des courbes théoriques. On obtient alors la profondeur Z vraie et de cette façon on accède aux déformations par la loi de Bragg. Enfin, par interpolation, on déduit le profil des contraintes.

Le programme SYNCHROTRON est aussi basé sur la méthode de simulation Monte Carlo. Au moins un million de trajectoires élémentaires de rayons X sont construites aléatoirement, pour chaque position de gamme d’énergie et de l’échantillon, joignant la source au détecteur et croisant les différentes parties de l’ensemble expérimental (fentes primaires, échantillon, fentes secondaires et détecteur). Les interactions des rayonnements avec la matière (absorption et diffraction) sont alors définies pour toutes les trajectoires simulées et leurs contributions sont intégrées pour calculer l’intensité globale diffractée reçue par le détecteur. Les courbes de distribution des intensités diffractées en fonction de la position du centre géométrique du volume-sonde sont alors calculées. Ces courbes sont ajustées sur les intensités expérimentales pour localiser la surface ou l’interface de l’échantillon et employées pour définir la profondeur de mesure (Figure 2).

Publications

§  G.Albertini, G.Bruno, A.Carradò, F.Fiori, M.Rogante, F.Rustichelli, Measu Scie.  & Techn., Vol.10, Issue 3, mars 1999, pp 56-73.

§  G.Bruno, A.Carradò, B.Dunn, F.Fiori, E.Girardin, T.Pirling, F.Rustichelli, Mat.  Scie. Forum. Vol. 347-349; 2000; pp 684-690.

§  A.Carradò, F.Fiori, E.Girardin, T.Pirling, P.Powell, F. Rustichelli, Rad.Phys. . Chem., Vol.61, Issue 3, 2001, pp 575-577.

§  A.Carradò, L.Barrallier, J.Werckmann, A.Montone, M. Vittori-Antisari, M.Colapietro, Mater. Tech. 94, pp. 97-103, 2006.

§  A. Carradò, J-M.Sprauel, L.Barrallier, A.Lodini , J. Neutr. Res, 9(2-3),  2001, pp.193-200.

§  A. Carradò, H. Palkowski, Adv Eng. Mat. 2010, 12, 4, B122-B127.

§  A. Carradó, App Surf Scie, 256, 21, 2010, pp. 6340-6344.

 

Application aux tubes de précision

Les tubes de précision en cuivre sans soudure sont utilisés dans des applications industrielles et médicales. Ils sont appropriés pour la plomberie, en générale dans le cas de transport de liquides. Pour l'application médicale ou dans des environnements sensibles (par exemple transportant des mélanges gazeux) on exige que le tube en cuivre soit soigneusement fabriqué et particulièrement nettoyé pour empêcher les contaminations et aider à préserver la pureté d'eau dans des systèmes de plomberie. Des recherches récentes [Huang, H.-I., et al., Water Res. (2007)] ont établit ce cuivre réduit significativement le transfert fortuit d'infections et des bactéries. Le cuivre limite la croissance d’agents pathogènes transporté par d'eau comme Legionella pneumophila et Pseudomonas auriginosa qui causent une vaste gamme d'infections sérieuses.

Dans notre étude est nécessaire de trouver comment la « géométrie des outils » influence le flux du matériau et causes les contraintes résiduelles (CR) et la variation dans la texture. Les CR sont évalués par diffraction de neutrons et la texture par le rayonnement synchrotron. Pour atteindre une optimisation du processus de production, les variations du mode, du niveau et de la distribution des contraintes résiduelles dans la paroi du tube sont étudiées en détail. Ces paramètres sont reliés à la géométrie (excentricité, ovalisation) afin d’améliorer le procédé de mise en forme des tubes de base. En réduisant l'excentricité dans une production de tubes, on réduira par conséquence la consommation du matériel. Un meilleur contrôle des CR peut permettre d'éviter un traitement thermique coûteux, voire aussi d'améliorer leur application. Les objectifs (Figure 3) visent à déterminer l’interdépendance entre les contraintes résiduelles, la texture et les conditions du procédé de fabrication. De plus, il sera nécessaire d’optimiser le procédé de production pour minimiser les tolérances géométriques (ovalisation, excentricité des tubes de précisions) et de vérifier un modèle de simulation par élément fini (FEM).

 

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Figure 3 : Schéma du programme scientifique.

 

Publications

 

§  T.Pirling, A.Carradò, S. Brück, H. Palkowski, Metall Mat Trans A 39 (13), pp. 3149-3154 2008.

 

Collaborations

 

Institute of Metallurgy, TUC (IMET); Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (HZB), Berlin; Hamburger Synchrotronstrahlungslabor (HASYLAB) at Deutsches Elektronen-Synchrotron, Hamburg; Institut Laue-Langevin (ILL), Grenoble.

 

Systèmes multicouches : Matériaux de fonctions

L’objectif de ces travaux sur les matériaux de fonction est de répondre d’une part aux besoins de matériaux de substitution osseuse dans le domaine de l’implantologie (dents, hanches) et d’autre part de développer des revêtements (Al2O3) ou système hybride (métal/polymère/métal) présentant des propriétés de résistance mécanique et chimique. Ces recherches ont été menées dans le cadre d’une coopération bilatérale franco-roumain, franco-égyptien et un projet ANR. Plusieurs moyens de caractérisation sont utilisés : la microscopie en transmission et à balayage et l’EDS, (structure, morphologie, composition), la nanoindentation, tests de rayure et les contraintes résiduelles par DRX (propriétés mécaniques).

Applications aux biomatériaux : couches minces de phosphate de calcium

De nombreux travaux de recherche dans le domaine des biomatériaux sont axés sur la formation des revêtements bioactifs sur des substrats métalliques et non métalliques, qui sont implantés dans le corps humain. Le titane et ses alliages (Ti-6Al-4V) sont d'excellents matériaux métalliques pour des applications biomédicales. Ils ont une haute résistance mécanique, faible module d'élasticité, grande résistance à la corrosion et une excellente biocompatibilité. Hydroxyapatite (HA, Ca10(PO4)6(OH)2) est largement utilisée comme une céramique bioactive car elle forme une liaison chimique avec l'os. Il a été largement démontré que la possibilité d’augmenter la cohésion entre le tissu osseux et un implant métallique est réalisée grâce à des recouvrements par une couche d’HA  ou d’octacalcium phosphate (OCP, qui est un précurseur de la formation de l’HA).

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Figure 4 : Contraintes résiduelles par diffraction X réalisées dans les substrats métalliques des échantillons ayant de HA déposée par la torche plasma (PS), l’ablation par laser pulsé (PLD), le dépôt par voie sol-gel.

Cependant les techniques classiquement utilisées pour ces dépôts (par exemple le torche plasma) induisent souvent des contraintes résiduelles (Figure 4) à l’interface avec le métal qui sont à l’origine de la délamination du dépôt céramique (Figure 5) et donc de problèmes qui causent le retrait des implants. Il y a donc actuellement un besoin d’optimisation des revêtements d’implants. Dans ce cadre, des substrats métalliques ou systèmes multicouches Ti/TiN/Si) sont recouverts par des revêtements de phosphate de calcium (Ca-P) grâce à des méthodes innovantes de dépôt comme la pulvérisation cathodique (MS), l’ablation par laser pulsé (PLD), le dépôt par voie sol-gel (SG) ou autocatalytique.

 

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Figure 5 : Images MEB d’HA déposée par la torche plasma (PS), l’ablation par laser pulsé (PLD), le dépôt par voie sol-gel.

 

FIG 15

Figure 6 : Images MEB du sillon résiduelle sur la surface de la couche PLD HA après un test de rayure avec une pointe sphérique (rayon de la pointe R = 5 µm) pour une charge normale appliquée variant de 5 à 15 mN).

A partir du 2003, je me suis occupée de l’élaboration de couches céramiques bioactive (par MS, PLD et SG) et d’étudier leur comportement mécanique d’un dépôt bio-actif sur un substrat métallique pour des applications médicales pour améliorer leur tenue en service. Celle-ci dépend des contraintes résiduelles résultant du procédé d’élaboration. Une attention particulière a été portée à l’évaluation de l’adhésion entre le dépôt HA et le substrat par des analyses de nano‐rayures (Figure 6). De plus, des expériences de tribologie classique ‐ type pion sur disque ‐ sont conduites en milieu liquide pour évaluer la résistance à l’usure et identifier l’endommagement causé par un chargement cyclique de fatigue.

Actuellement notre ambition est de développer une nouvelle approche pour créer de revêtements bioactifs plus proche de systèmes in vivo. Cette route de revêtement alternatif sur le métal est basée sur des techniques auto-catalytique et biomimétiques (appelé SBF, fluide biologique simulé). Ce procédé par voie chimique permet de former une couche de phosphate de calcium (Ca-P) d'une manière similaire au processus de formation de l'os naturel (Figure 7). Un prétraitement alcaline est réalise pour produire une couche de titanate de sodium, qui a la capacité d’améliorer la liaison entre le substrat de titane et de revêtements de Ca-P. Après une immersion statique dans un fluide biologique simulé (SBF), les revêtements seront caractérisés d’un point de vue morphologique, chimique et mécanique.

 

SBF SEM CV

Figure 7 : Concentration ionique de ions Ca2+ et iP dans les couches formées par bains auto-catalytiques acide (Ac)  et oxydant (Ox) réalisés sur des substrats Ti6Al4V, suivis des dépôts biomimétiques en utilisant un test de trempage de 96 heures (2 BSF).

Publications

 

§  V. Stanic, A. Carradò, F. Fiori, G. Albertini, T. Buslaps, J. Neutron Res, 2004, 12, 117-122.

§  A. Carradò, S.Joulié, G. Schmerber, J.Faerber, C.Ristoscu, G.Dorcioman, S.Grigorescu, I.Mihailescu, J.Werckmann, Mater. Tech. 2006, 94, 105-109.

§  A.Carradò, S.Joulié, G. Schmerber, J. Faerber, C. Ristoscu, G. Dorcioman, S. Grigorescu, I. N. Mihailescu, J. Werckmann, Mater. Tech. 2006, 94, 105-109.

§  S.Grigorescu, A.Carradò, C.Ulhaq, J.Faerber, C.Ristoscu, G.Dorcioman, E.Axente, J.Werckmann, I.N.Mihailescu, App Surf Sci, 254, 4, 2007, pp. 1150-1154

§  A. Carradò and N.Viart, Solid State Sci. 12, 7, 2010, 1047-1050.

§  A. Carradò, G. Schmerber, H. Pelletier, J. Coat. Technol. Res., 2010, 7 (6) 821–829.

§  A. Carradó, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2010, 2 (2), 561–565.

§  A.Carradò, H.Pelletier, J.Faerber, G.Versini, I. N. Mihailescu Materials Science Forum Vols. 638-642 (2010) pp 530-535.

§  H.Pelletier, A.Carradò, J.Faerber, I.N.Mihailescu, on press, Applied Physics A, 2010.

 

Collaboration

 

  • Institut de Chimie des Surfaces et Interfaces (ICSI) Mulhouse, Laboratoire d’Odontologie, (INSERM) U595, Strasbourg ; National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics, Lasers Department (NILPRP), Bucarest, Roumanie; Université "Politehnica" de Bucarest.NRC (National Reaseach Center du Caire Egypte-NRC) et  INSA - LGECO Strasbourg;

 

Application tribologique: élaboration, caractérisation et valorisation de nouveaux revêtements nano-structurés d’Al203 obtenus par PLD et MS

Al2O3 est un matériau inerte et très résistant à la plupart des environnements corrosifs, y compris l'environnement très dynamique qui est le corps humain. Dans les conditions physiologiques, il n’est pas réactif et est classé inerte, et donc  le corps ne la reconnaissent comme un corps étranger et ne tentent de l'isoler en formant une couche de tissu fibreux non adhérentes autour de l'implant.

Notre démarche a été de valider de nouvelles méthodes de dépôt par PLD et MS, en contrôlant les contraintes résiduelles dans la couche de céramique tout en améliorant l’adhérence avec le substrat métallique ainsi que les propriétés d’usure.

TRIBO

Figure 8 : Résumé des résultats.

Des films d’Al2O3 sur des substrats plans d’acier inoxydable ont été préparés par PLD (0.6-1.2µm @ 200°C) et par MS sur des substrats plans (1µm @ 200°C). Les clichés de diffraction ont montré que le dépôt d’Al2O3 par MS est cristallisé dans la phase γ-Al2O3 et les films PLD sont semi-amorphes. Des analyses par spectrométrie en dispersion d’énergie montrent que tous ces revêtements ont une composition proche de celle de l’Al2O3 stœchiométrique.

Afin de comparer les caractéristiques mécaniques des différents revêtements, des mesures en nano-indentation ont été effectuées, ainsi que des tests de nano-rayure pour étudier l’adhésion entre le film et le substrat. Les propriétés tribologiques ont été évaluées à partir de tests de frottement à sec (100Cr6)/plan.

 L’état de contraintes a été évalué sur le substrat, au voisinage de l’interface revêtement/substrat (Figure 8).

La dureté et le module d’élasticité pour les dépôts PLD sont respectivement de H (GPa) = 9.1 ± 0.6 et E (GPa) = 178 ± 13 et pour les dépôts MS, H (GPa) =12.1 ± 1.2 et E (GPa) = 158 ± 13.

Les films MS montrent un comportement plus fragile que ceux par PLD : la pénétration du nano-indenteur produit des fissures sur la couche en céramique. Les rayures examinées ont prouvé que sur des films PLD, celles-ci sont nettes, sans fissures. Au contraire les rayures sur le film MS créent parfois des fissures, sans toutefois créer un décollement du dépôt. De plus les dépôts MS possèdent une valeur de frottement plus faible que ceux de PLD. MS possède le facteur de frottement adhésif le plus faible, tandis que les films PLD ont des valeurs de l’ordre de 0,06.

 

Publications

 

§  A.Carradò, M A.Taha, N. El Mahallawy, J. Coat. Technol. Res., 7 (4) 515–519, 2010

§  A.Carradò, H. Pelletier, A. Fabre, L. Barrallier and I.N. Mihailescu, Key Engin Mat, 2008, 384,185-212.

  • A.Carradò, H.Pelletier, J.Faerber, G.Versini, I. N. Mihailescu, Mat Scie Forum Vols. 638-642 (2010) pp 530-535.

 

Collabotations

 

IPCMS ; ENSAM, Laboratoire MécaSurf - JE2504, Institut Carnot ARTS, Aix en Provence ; INSA - LGECO Strasbourg; Faculté d'Ingénierie de l'Université Ain-Shams du Caire ; Faculté d'Ingénierie de l'Université d'Alexandrie ; Faculté d'Ingénierie de l'Université Française d'Égypte


Matériaux fonctionnelles hybrides (métal/polymère/métal)

La réalisation de structures « sandwich - SMS » est un concept interdisciplinaire combinant la science des matériaux fondamentale à la conception et la production de structures modernes. Une réalisation typique est par exemple constituée d'une feuille de polymère laminée entre deux feuilles d'acier inox.  L'intérêt de ces structures est qu'elles combinent les avantages des différents matériaux constitutifs comme une faible densité, une résistance élevée, l'absorption d'énergie et un faible poids. Le comportement des mono-matériaux est bien connu (métaux, polymères,...), mais leur comportement dans des structures hybrides est beaucoup moins connu (Figure 9), particulièrement lorsque ces structures sont soumises à des traitements mécaniques tels que la mise en forme (emboutissage, pliage …). Un des objetifs est donc de déterminer l’influence quantitative de la mise en forme sur les propriétés de cohésion interne des systèmes métal/polymère/métal.

SMS

Figure 9 : Conception d’un matériau sandwich SMs avec « nouvelles » fonctionnalités.

 

Le but est de définir un ensemble de paramètres pertinents pour la caractérisation des systèmes choisis dans les applications industrielles, par exemple les sandwiches acier/polymère/acier qui sont développés par les sidérurgistes dans le but de réduire le bruit et les vibrations, notamment dans l’automobile. Nous souhaitons développer les bases scientifiques et technologiques pour concevoir et produire de nouveaux types de sandwiches possédant des propriétés originales.

 

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Figure 10 : (a) Production du laminé métal-polymère et (b) la production de MPML sandwich

Ces systèmes devront répondre à plusieurs critères : cohésion suffisante des assemblages, aptitude au soudage, à l’emboutissage et au pliage et tenue en température. Relativement à ce type de traitements, la mise en forme des assemblages (Figure 10) 316L/ polyoléfine (PO)/316L est une opération particulièrement délicate pour le matériau et suscite aujourd'hui une forte activité de recherche du fait des importants intérêts économiques en jeu. Les études envisagées comprennent d'une part des études structurelles macroscopiques, et d'autre part des études microscopiques au niveau des interfaces. Nous avons observe que l'influence des traitements de surface telle que le « traitement corona » (CT) peut changer la morphologie de la surface du polymère de base et introduire des groupes fonctionnels polaires sur les surfaces (Figure 11).

 

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Figure 11 : (a, b) Section MEB d’un système sandwich. (c,d) PO avant (c) et après (d) traitement par décharge corona après 120 s. Le CT peut changer la morphologie de la surface du polymère de base et introduit des groupes fonctionnels polaires de la PO sur les surfaces.

La morphologie de surface est la clé pour comprendre les changements dans le comportement adhésif des films de polymère au cours de traitement corona. Les variations de la rugosité dans la surface du polymère causées par ce procédé peuvent également influer sur le niveau d'adhérence. Le traitement corona change la morphologie de la surface, l'adhérence ainsi que les propriétés mécaniques. Il offre de bonnes possibilités pour l'activation de la surface du polymère et d'accroître l'interaction entre le métal et les couches de polymère par l'intermédiaire via la résine époxyde. Avec cette méthode, l'adhérence entre les couches de 316L/PO/316L est augmentée et traitement corona, avec ses temps de traitement court de 120s, peuvent être utilisés pour la production industrielle.

Publications

 

  • G.Lange, A.Carradò, H. Palkowsk, Mat Manufacturing Processes, 2009, 24:10, 1150 — 1154.
  • A.Carradò, O. Sokolova, G. Ziegmann, H. Palkowski, Key Eng Mater Vol. 425, 2010, 271-282, TTP, Ch.
  • O.Sokolova, A.Carradó, H.Palkowski, Adv Mat Res,137, 2010, 81-128.
  • A.Carradò, O.Sokolova, B.Donnio, H. Palkowski, J Appl Poly Science, on press 2010
  • A.Carradò, J.Faerber, S.Niemeyer, G.Ziegmann, H.Palkowski, Composite Structures, 2011, 93, 715–721.

 

Collaborations

Institut fur Metallurgie (IMET) et   Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PuK) Technische Universität de Clausthal, Allemagne.

 



[1] Mémoire de Lauréat: « Réalisation des algorithmes pour les traitements des images en médecine nucléaire » Université de Bologne, Italie (17 décembre 1993). Activité de recherche réalisée dans le Service de Physique Sanitaire et de Médecine Nucléaire de l'Hôpital S.Orsola – Malpighi, Bologne, Italie, 1992 – 1993.

[2] Clairance : coefficient d’épuration qui représente l’aptitude d’un organe à éliminer une substance déterminée.

[3] La créatinine est un produit de dégradation de la créatine, produite par le foie et stockée dans le muscle. Elle est filtrée par le rein. Créatine : constituant azoté de l’organisme qui joue un important rôle énergétique.

[4] Stage de recherche d’une année à Stage de recherche d’une année à l’Institut de Physique Sanitaire de l’Hôpital S. Orsola-Malpighi, Bologne, Italie, 1993 – 1994.

[5] L’activité formatrice de l’école de spécialisation en Physique Sanitaire et de l’Environnement a porté sur deux axes principaux, l’un médical et l’autre environnemental, afin de former des Physiciens Spécialistes. L’activité de recherche a été développée au laboratoire TESRE-CNR, Conseil National de la Recherche et Institut de Radiologie de l’Hôpital S. Orsola-Malpighi, Bologne, 1994 – 1997.

L'axe médical est orienté vers l'apprentissage du métier de physicien responsable d’un service hospitalier, notamment en supervisant les protocoles et méthodes d'expérimentation clinique dans le secteur de la médecine nucléaire (ex. Optimisation des techniques d’imagerie), la radiologie (ex. Contrôles de qualité), l’oncologie (ex. Réalisation de plans de traitement), tout en aménageant et en appliquant des programmes de contrôles de qualité dans l’emploi thérapeutique et diagnostique des radiations.

L’axe environnemental permet quant à lui, à un physicien spécialiste d'assurer la formation et la sensibilisation du personnel professionnel dans les domaines du contrôle de qualité, de l'organisation d’actions de prévention contre les risques environnementaux, de lutte contre les nuisances de pollution dans les entreprises et les collectivités publiques ou privées, de la sécurité du travail. Il supervise ou réalise des mesures de polluants, des monitorages de paramètres physico-chimiques et des évaluations d'impact environnemental en employant des modèles de simulation.