Morphomeca

Discipline au croisement de la forme et de la fonction, la Morpho-Mécanique mesure le relief des surfaces pour caractériser puis améliorer les performances d’interaction de l’objet avec son environnement.

Des méthodologies adaptées permettent de caractériser son historique et quantifier ses propriétés dans le but d'accroître ainsi des fonctionnalités recherchées tout en garantissant son intégrité structurale.

Inaugurée en 2017, la plateforme MORPHOMECA est consacrée à l’exploration et l’analyse morphologique des surfaces, des échelles décimétriques aux échelles nanométriques.

L’objectif de la plateforme MORPHOMECA est de construire des outils d’exploration morphologique de la surface, aux échelles où les phénomènes physiques, chimiques ou biologiques apparaissent (tailles des cellules en biologie, des particules abrasives en usure…).

Au-delà de moyens de mesure hors-norme, l’équipe s’appuie sur le système expert MesRug, pour assurer les traitements et analyses des bases de données morphologiques, quantifier les échelles physiques pertinentes et fournir les indicateurs numériques robustes associés aux phénomènes étudiés. Des logiciels sont développés pour expliquer la formation des morphologies mesurées (usure, sablage, diffusion…). D’autres logiciels sont implémentés afin de modéliser l’interaction de phénomènes physiques avec la surface mesurée (brillance, transmission de la lumière, adhésion cellulaire, étanchéité…).

Cette plateforme pluridisciplinaire permet d’investiguer des champs disciplinaires variés (mécanique, chimie, optique, archéologie, médical, sensoriel, art …) dont le dénominateur commun est la compréhension des mécanismes physiques aux interfaces.  

Dans cette optique, elle intègre également la texturation par laser femtoseconde, un procédé de haute précision permettant de générer des micro-motifs contrôlés et des nanostructures pour fonctionnaliser les propriétés des surfaces (mouillabilité, adhérence, optique) tout en limitant les effets d'altération thermique.

De nombreux industriels, de la TPME aux grands groupes, sollicitent cette plateforme et les outils de traitements associés pour étudier les surfaces manufacturées et ainsi optimiser leurs fonctionnalités. Les ingénieurs et chercheurs des équipes associées à cette plateforme participent aux développements de prototypes avec les constructeurs d'équipements d'exploration de surface (Bruker USA, Alicona Autriche, Altimet France) et d’éditeurs de solutions logicielles (DigitalSurf France).

Grâce à ces partenariats, la plateforme MORPHOMECA dispose des dernières innovations en termes de caractérisation morphologique. Elle regroupe un ensemble unique d’équipements, conjuguant différentes techniques métrologiques dimensionnelles. Cette multiplicité de méthodes de caractérisation morphologique fiabilise la mesure des surfaces à chaque échelle représentative des phénomènes à observer. L’intégration et un couplage fort des techniques instrumentales permettent une description géométrique des surfaces depuis les échelles décimétriques jusqu’aux échelles nanométriques, sans rupture du continuum dimensionnel.

Surface ; Caractérisation ; Topographie ; Fonctionnalisation ; Tribologie ; Propriétés micromécaniques ; Texturation ; Rugosité; Sensoriel; Fractographie ; Biomatériaux ; Implantologie ; Archéologie ; Métallurgie ; étanchéité ; métrologie.

• Exploration multi-échelle : Observation et analyse des surfaces du décimètre au nanomètre sans rupture de continuité.
• Caractérisation topographique : Mesure précise de la rugosité et de la géométrie des surfaces par diverses techniques métrologiques.
• Caractérisation micromécanique : Evaluation des propriétés mécaniques multi échelles par indentation en température et environnement.
• Texturation laser femtoseconde : Création de micro-motifs et de nanostructures pour modifier les propriétés de surface sans dommage thermique.
• Fonctionnalisation des surfaces : Optimisation de l'adhérence, de la mouillabilité, des effets optiques ou des propriétés antibactériennes.
• Expertise en Morpho-Mécanique : Traitement de données pour quantifier l'historique d'une pièce et garantir son intégrité structurale.
• Analyses multidisciplinaires : Études appliquées à la tribologie (usure), à la biologie (interfaces cellulaires), à l'archéologie ou encore au sensoriel.

• Compréhension de phénomènes cancérogènes en implantologie souple
• Optimisation d'étanchéité
• Optimisation du rendement de transport électrique
• Compréhension des phénomènes de détérioration des verres ophtalmiques

Etude topographique du patrimoine culturel :

• Caractérisation de la qualité de restauration en peinture par étude de la couche picturale
• Etude sur la différenciation des techniques de fabrication des matrices de sceaux médiévaux 
• Optimisation de la représentation numérique des surfaces 3D de pièces anciennes 
• Détection de faux Van Gogh par analyse de la dimension fractale d'images haute résolution. 

Bruker, DigitalSurf, Essilor, Kremlin Rexson, Magotteaux, Rolex, RTE, Sebbin, SNCF, Vallourec.

Le coût total équipements est de 2.3 M€.

La plateforme, référencée au CNRS et dans les instituts Carnot, comporte :

ELSAT2020, GDR CNRS Topologie des Surfaces, INSA, Instituts Carnot, ANR et contrats industriels (Grands groupes, PME, TPME), partenariats public-privé.

Au-delà de moyens de mesure hors-norme, l’équipe s’appuie sur le système expert MesRug, pour assurer les traitements et analyses des bases de données morphologiques, quantifier les échelles physiques pertinentes et fournir les indicateurs numériques robustes associés aux phénomènes étudiés. Des logiciels sont développés pour expliquer la formation des morphologies mesurées (usure, sablage, diffusion…). D’autres logiciels sont implémentés afin de modéliser l’interaction de phénomènes physiques avec la surface mesurée (brillance, transmission de la lumière, adhésion cellulaire, étanchéité…).