IRDL // Offre de thèse en co-tutelle France (Lorient) Portugal (Aveiro)


Université Bretagne Sud

Lorient - France


Toward virtual forming and design : the challenges of thermo-mechanical characterization and parameter identificationof high strength steels


PhD proposal starting in October 2016 for 3 years


Universidade de Aveiro

Aveiro - Portugal


Thermo-mechanical behavior - material characterization - parameter
identification - high strength steels.

Project description

Forming and mechanical design of metallic and composites structures must become more and more virtual, in order to limit the number of prototypes and decrease the time to industrialization of a new product. Moreover, a virtual approach leads to a safer structure with optimized performances. The main point that controls the reliability of the numerical simulations is the pertinence of the representation or modeling of the thermo-mechanical behavior of the material, and in particular the material parameters of the constitutive equations involved in the model.

Nowadays, one of the real challenges concerns the determination of the material parameters, on a low-cost basis but with an optimal quantity of information to guarantee the reliability of the predictions. The aim of this project is to develop an efficient methodology for determining the material parameters of thermo-mechanical models, from dedicated tests that involve non-homogeneous temperature and strain fields. Indeed, this non-homogeneity leads to richer information than more traditional approaches with quasi-homogeneous tests, thus to a decrease of the number of experiments. The Virtual Fields Method (VFM) is an alternative compared to the Finite Element Model Updating (FEMU) for material parameter identification in the field of thermo-mechanical modeling [1,2]. These 2 methods are based on the use of mechanical fields, like the strain field recorded by digital image correlation techniques. Their relevance was shown in numerous applications, especially for measure of the Young modulus of composites in the case of linear anisotropic elasticity and even for non-linear behaviors in plasticity. However, forming and service life in industrial environments can take place under sever conditions, as warm temperatures (i.e. below one half of the melting temperature), with strain and temperature fields involving high gradients.

These conditions will require an extension of both VFM and FEMU to thermomechanical conditions, which was not dealt with previously. Indeed, aside the theoretical formulation of the optimization, the temperature dependence entails an increase of the inputs and of the material parameters.

This works will be split into three main parts :

(i) an experimental part relative to the characterization of temperature and strain fields with non-homogeneous tests e.g. tension beyond necking, biaxial tension and simple shear performed either under several isothermal conditions or with thermal gradients leading then to strain localization,

(ii) a part dedicated to material parameters identification with a classical methodology based on a method coupled with finite element simulations (FEMU), and

(iii) a part dedicated to the development of an original optimizing methodology with the virtual field method (VFM), based on the experimental strain and
temperature fields.

The ranges of temperature, strain rate and strain depend of the material. In this work, high strength steels (like dual-phase steels, bake-hardening steels) will be considered.

Scientific framework

The PhD will be carried out as a joint supervision between the University of South Brittany (France) and the University of Aveiro (Portugal), leading to a double diploma. The French team is specialized and recognized for its works on the experimental characterization of the thermo-mechanical behavior of materials, its modeling and the determination of the related material parameters. The Portuguese team is recognized for its work on numerical methods for shape and material parameter identification, with the development of a dedicate software Sdl [3]. Experimental testing will be performed in both countries; while the FEMU method will mainly be developed in France and the VFM in Portugal.

The PhD student is expected to spend 18 months in Lorient and 18 months in Aveiro, either by time spans of 6 months or more.

Originality of the work

The characterization of the mechanical behavior of metallic materials at warm and high temperatures under complex strain paths is still an experimental challenge. Indeed, the heating system, the control and measure simultaneously of the temperature and strain fields require specific equipment like thermal camera and digital image correlation systems, and synchronized acquisition.

Moreover, the increase of the number of data, both input data (temperature and strain fields) and parameter to identify, require the use of robust algorithms and to deal with the uniqueness of the solution, which is a central concern in parameter identification.

Finally, the extension of VFM to thermo-mechanical behavior necessitates more academic investigations.

Scientific collaboration

there exists a long and fruitful collaboration between the two research teams, and also the University of Coimbra (Portugal), with a total of 4 PhD in joint supervision, either already defended or ongoing works: Jérémy Coër (2014), Nelson Souto (2015) and Vasco Simoes (2017).

[1] F. Pieron, M. Grédiac, The Virtual Fields Method. Extracting Constitutive Mechanical Parameters from Full-Field Deformation Measurements, Springer (2012)

[2] N. Souto, Computational design of a mechanical test for material characterization by inverse analysis, PhD Université Bretagne Sud & University of Aveiro, 2015

[3] A. Andrade-Campos, S. Thuillier, P. Pilvin, F. Texeira-Dias, On the determination of material parameters for internal variable thermoelastic-viscoplastic constitutive models, International Journal of Plasticity 23 (2007) 1349-1379


They should have a strong knowledge in mechanical engineering and a good level in English.

To apply to this PhD position

Send CV (with the score to an English test) and motivation letter and marks obtained for the master degree by email (cf. addresses below).


Paid by the French University during 18 months and the Portuguese University during 18 months. Classical academic scholarship (around 1400€/month free of charge).


Sandrine Thuillier
Université Bretagne Sud



Dr Antonio G. Andrade-Campos
Universidade de Aveiro


Découvrez le tout nouveau site web de l'IRDL accessible depuis l'adresse

Icon-InternetLa création de l'IRDL (fusion de 2 laboratoires) en 2016, nous a amenés à lancer un nouveau site internet. Nouveau design et nouvelle organisation, à l'image de l'IRDL, il est moderne, innovant et dynamique. Pour accompagner les internautes dans leur mobilité, ce nouveau site est désormais compatible avec 100 % des supports numériques (ordinateurs, smartphones et tablettes).

Retrouvez l'ensemble des informations sur nos pôles thématiques de recherche et nos actualités à partir de la page d'accueil plus dynamique et plus riche en actualités et évènements. Organisé de manière fonctionnelle, l'accès aux données est facilité :

  • Nous connaître : IRDL en bref, gouvernance, orientations stratégiques

  • Recherche : pôles thématiques de recherche, domaines d'application, industrielles, publications, équipements,

  • Valorisation : valorisez la recherche, nos compétences, nos plates-formes technologiques, nos équipements,

  • Rayonnement

  • Recrutement : offres de stage, de thèses, de post-doc

  • Actualités

  • Contact : accès et formulaire de contact

  • 2 espaces : doctorants et entreprises (icônes bleues en bas de la page d'accueil)

Bonne navigation !

Le lundi 25 avril, conférence du Professeur Toshihiko KUWABARA (Division of Advanced Mechanical Systems Engineering - Tokyo University of Agriculture and Technology) donnera, à l'occasion de sa venue à Lorient, une conférence sur le thème : "Material testing and modeling of anisotropic sheet metals and its effects on the accuracy of forming simulations".

Rendez-vous dans l' Amphi IUT GIM à partir de 14h (visio avec l'ENSTA Bretagne).



Pierre-Yves MANACH et Toshihiko KUWABARA

Résumé de son intervention :

Material testing and modeling of anisotropic sheet metals and its effects on the accuracy of forming simulations

Toshihiko KUWABARA

Division of Advanced Mechanical Systems Engineering, Institute of Engineering, Graduate School of Tokyo University of Agriculture and Technology, 2-24-16, Nakacho, Koganei-shi, Tokyo 184-8588, JAPAN.

This lecture aims at demonstrating the importance of material modeling for improving the predictive accuracy of numerical forming simulations. In the first part of the lecture, the multiaxial testing methods (MTMs) and in-plane stress reversal tests for sheet metals are briefly reviewed (ISO, 2014; Kuwabara, 2014). In the second part, the effects of material models (yield functions) on numerical forming simulations are demonstrated. The elastic-plastic deformation behaviors of aluminum alloy sheets and steel sheets are precisely measured to determine appropriate material models for the test materials. The precise measurements of the contours of plastic work and the directions of plastic strain rates reveal that the materials exhibit differential hardening (DH; Hakoyama and Kuwabara, 2015); the shapes of the work contours constructed in the principal stress space change with an increase in plastic work. The DH behavior is approximated by changing the material parameters and the exponent of the Yld2000-2d yield function (Barlat et al., 2003) as functions of the reference plastic strain. Using the DH and isotropic hardening models, forming limit analyses with the Marciniak–Kuczyński approach (Marciniak and Kuczyński, 1967) and finite element analyses of sheet metal forming processes, such as hydraulic bulge, hole expansion and bending, are performed. The calculated results are compared with experimental data, and the effects of the material models on the predictive accuracy of the forming simulations are discussed.


Barlat, F., Brem, J.C., Yoon, J.W., Chung, K., Dick, R.E., Lege, D.J., Pourboghrat, F., Choi, S.-H., Chu, E., 2003. Plane stress yield function for aluminum alloy sheet-Part I: Theory. Int. J. Plasticity 19, 1297-1319.

Hakoyama, T., Kuwabara, T., 2015. Effect of biaxial work hardening modeling for sheet metals on the accuracy of forming limit analyses using the Marciniak-Kuczynski approach. In: Altenbach, H., Matsuda, T. and Okumura, D. (Eds.), From Creep Damage Mechanics to Homogenization Methods. Springer, pp. 67-95.

ISO 16842: 2014 Metallic materials −Sheet and strip −Biaxial tensile testing method using a cruciform test

Kuwabara, T.:Biaxial Stress Testing Methods for Sheet Metals. In Comprehensive Materials Processing; Van Tyne, C. J., Ed.; Elsevier Ltd., 2014; Vol. 1, pp 95–111.

Marciniak, Z., Kuczyński, K. 1967. Limit strains in the processes of stretch-forming sheet metal. Int. J. Mech. Sci. 9, 609-620.

Connaissez-vous l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme ?

Depuis le 1er janvier 2016 :

280 personnes dont 107 enseignants-chercheurs, 113 doctorants, 15 post-doctorants, 45 ingénieurs, techniciens et administratifs sont membres de l'IRDL !


Afin de répondre aux défis scientifiques et technologiques actuels et futurs liés à l’ingénierie des matériaux, de la mécanique et des systèmes, le Laboratoire d’Ingénierie des MATériaux de Bretagne (LIMATB EA 4250) de l’UBS & de l’UBO et le Laboratoire Brestois de Mécanique et des Systèmes (LBMS EA 4325) commun à l’ENSTA Bretagne, l’UBO & l’ENIB ont fédéré, à compter du 1er janvier 2016, leurs activités de recherche et de formation par la recherche pour former un grand Institut de Recherche pour l’ingénieur :

l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme.CNRS2

Ce regroupement de deux jeunes laboratoires bretons dynamiques, proches et complémentaires sur un grand nombre de thématiques scientifiques, permet d’accroître leur visibilité et de favoriser l’émergence de nouvelles synergies en recherche.

Le projet IRDL a convaincu le CNRS qui a accepté dans ses rangs ce nouveau laboratoire. L’IRDL prépare l’obtention du statut d’unité mixte de recherche, gage d’excellence, et a obtenu du CNRS le label intermédiaire « FRE » : Formation de Recherche en Evolution.



L'IRDL relève de 5 tutelles, toutes membres de la COMUE Université Bretagne Loire.

  • Deux universités : Université Bretagne Sud (Campus de Lorient, Vannes & Pontivy) et l'Université de Bretagne Occidentale (Campus de Brest)
  • Deux écoles d'ingénieurs : École Nationale Supérieure de techniques Avancées Bretagne (Campus Brest Kergaradec) et l'École Nationale d'ingénieurs de Brest (Campus Brest Plouzané).
  • Un organisme de recherche, le Centre National de la Recherche Scientifique. L'IRDL est le premier et le seul laboratoire CNRS porté par l'UBS.


Avec un périmètre de recherche unique en France, l’IRDL a la volonté de perpétuer les compétences scientifiques bretonnes du domaine maritime. Tout naturellement, à l'occasion du 200e anniversaire de sa naissance, Henri Dupuy de Lôme, breton, ingénieur et responsable de nombreuses inventions dans le domaine de la construction navale, prête donc son nom à ce nouvel Institut de Recherche.


L’ambition de l’IRDL est de jouer, à court terme, un rôle encore plus important aux niveaux régional, national et international dans la résolution des questions actuelles liées à l’ingénierie des matériaux et des systèmes utilisés dans les secteurs industriels liés à l’automobile, l’énergie, l’aéronautique, la santé, aux transports et plus particulièrement tous les domaines en interaction dynamique avec le milieu marin, telles que la construction navale et offshore, les énergies marines.

À ce titre, l’IRDL fédère les forces complémentaires en Sciences pour l’Ingénieur en région Bretagne et devient le laboratoire référent des systèmes mécaniques marins en France et en Europe. Par ses nombreuses collaborations industrielles avec les partenaires industriels liés au domaine maritime, l’IRDL fait le lien entre recherche fondamentale, ingénierie et technologie. En effet, les nouveaux défis technologiques et scientifiques aux côtés des entreprises sont nombreux : produire moins cher, réduire les consommations énergétiques et l’empreinte environnementale, tout en restant résistant.


Ce positionnement est unique en France.

Les enjeux >> La mer, un atout majeur de la Bretagne.

L'IRDL conforte ainsi l'ambition maritime de l'économie bretonne : la mer est un atout majeur de la Bretagne qui doit tirer le meilleur de sa maritimité, par exemple dans le domaine des énergies marines renouvelables et celui de la construction navale.



Le spectre des compétences scientifiques et techniques de l’IRDL est très large. Néanmoins, les thématiques de recherche sont structurées en 5 pôles thématiques de recherche (PTR) dont le périmètre est fondé sur la cohérence et l’efficacité scientifique.

Les 5 Pôles Thématiques de Recherche :

  • Composites,
  • Assemblages
  • Structures et interaction
  • Systèmes énergétiques
  • Durabilité

La mise en commun des moyens d’essais conséquents à Brest et Lorient est aussi un atout majeur de ce nouveau laboratoire.

Il est bien évident que ces cinq pôles ne sont pas étanches entre eux. Un nombre significatif de projets nécessitera des interactions fortes entre les chercheurs de différents pôles. Beaucoup d’enseignants-chercheurs ont des activités qui s’inscrivent déjà dans plusieurs pôles, ce qui constitue le gage de réelles interactions.

Ces axes permettront le brassage des cultures scientifiques en croisant les compétences des Pôles Thématiques de Recherche et favoriseront l’interaction entre les enseignants-chercheurs.

Immersion Sciences 2016 : des enseignants-chercheurs de l’IRDL se mobilisent

Donner le goût des sciences aux lycéens, tel est l'objectif de l'action "Immersion Sciences".
Cette opération conduite conjointement par l’académie de Rennes, la région Bretagne et le CNRS, propose à des lycéens de participer à un séminaire d’une semaine, au cours duquel ils rentrent “en immersion“ dans les sciences :
  • rencontre avec des scientifiques qui viennent présenter leur activité, ainsi que leur parcours, dans le cadre de conférences ou d’ateliers,
  • participation à des visites de laboratoires de recherche ou d’entreprises innovantes.

Pour le 4ème édition consécutive du 21 au 25 mars 2016 qui s'est déroulée à l'Île Tudy, des enseignants-chercheurs de l'IRDL se sont impliqués dans cette opération :

  • Mickael CASTRO : "Smart Plastics : les nanoComposites polymères fonctionnels
  • Christophe BALEY : "Espion des grands fonds", "Plantes, Matériaux et biomimétisme"


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Habilitation à Diriger des Travaux de Recherche de Julien FÉREC

hdr« Contribution à la rhéologie non linéaire des suspensions de particules non

Dont voici le résumé :
Ces travaux de recherche menés depuis 2010 portent sur la rhéologie des suspensions de particules non-sphériques. Ces fluides ont des comportements complexes qu’il est important d’appréhender car ils sont largement utilisés dans le monde industriel. D’un point de vue scientifique, la rhéologie de ces systèmes représente un défi majeur : le mouvement de ces particules qui modifie profondément le comportement du fluide, les interactions interparticulaires et fluide-particules, sans oublier le caractère nonnewtonien que peut présenter le fluide suspendant, sont des phénomènes physiques difficiles à observer, mesurer et modéliser. L’objectif est de pouvoir comprendre et prédire le comportement de ces suspensions à l’échelle macroscopique via des approches micromécaniques et des techniques d’homogénéisation, telles que les modèles cellulaires, la théorie des corps minces ou la théorie cinétique. Plusieurs modélisations sont considérées pour prendre en compte la non-linéarité des forces d’interaction interparticulaires, les caractères rhéofluidifiants et viscoélastiques du fluide suspendant ou bien le comportement d’agrégats composés de fibres, qu’ils soient rigides ou déformables.

Abstract: “Nonlinear rheology of non-spherical particle suspensions”

These studies, conducted since 2010, relate to the rheology of suspensions of nonspherical particles. These fluids exhibit complex behaviors, which are important to understand, because they are widely used in industry. From a scientific point of view, the rheology of these systems is a major challenge: the motion of these particles that profoundly changes the behavior of the fluid, the fluid-particle and interparticle interaction, and the non-Newtonian character that may present the suspending fluid, are physical phenomena difficult to observe, measure and model. The aim of this work is to understand and predict the behavior of these suspensions at the macroscopic scale via micromechanical approaches and homogenization techniques such as cell models, slender body and kinetic theories. Several models are considered to take into account the non-linearity of interparticle interaction forces, the shear-thinning behavior and the viscoelasticity of the suspending fluid, and the behavior of aggregates composed of fibers, whether they are rigid or deformable.

Devant les membres du jury :

  • Pr SAPHIANNIKOV-GRENZER Marina Institute Theory of Polymer Dresden
  • Pr CARREAU Pierre, Professeur Émérite École Polytechnique de Montréal
  • Pr PHAN-THIEN Nhan National University of Singapore
  • Dr KUZHIR Pavel, Maître de Conférences HDR Université Nice-Sophia Antipolis
  • Dr ORGÉAS Laurent, Directeur de Recherche Université de Grenoble Alpes
  • Dr AUSIAS Gilles, Maître de Conférences HDR Université de Bretagne-Sud


L’IRDL renforce son partenariat avec la Suisse

L'IRDL accueille le Dr Jean-Marie Drezet de l'EPFL (Lausanne, Suisse) en tant que Professeur Invité du 7 au 18 mars et du 9 au 20 mai.

Ses domaines de recherches sont les mesures des contraintes résiduelles par diffraction neutronique, la solidification et précipitation dans les alliages d'aluminium et la simulation thermomécanique aux éléments finis.

Au cours de son séjour, les étudiants en Master 1 "Énergétique et Mécanique et Matériaux" bénéficieront de 8 heures de cours-conférences.

Contact : Denis CARRON

Denis CARRON, enseignant-chercheur à l'IRDL et Jean-Marie DREZET

Denis CARRON, Enseignant-chercheur à l'IRDL et Jean-Marie DREZET de l'EPFL

L’IRDL présent au Carrefour des Fournisseurs de l’Industrie Agroalimentaire

Depuis 1997, la plus grande usine de France invite les professionnels des filières à découvrir l’évènement des IAA en Bretagne, berceau de l’agroalimentaire !
Du 8 au 10 mars 2016, pour la 20e édition, le Carrefour des fournisseurs des industries agroalimentaires (CFIA) accueillera les professionnels des filières IAA au parc des expositions de Rennes.

Partenaires du salon, Bretagne Développement Innovation (BDI) et le pôle de compétitivité Valorial y animeront l’espace collectif «l’Usine Agroalimentaire du Futur »*, dans le hall 10A. Sur 120 m², cette représentation de l’usine de demain présentera les tendances et les solutions en matière d’emballage. BDI et Valorial, en lien avec les centres d’innovation technologiques bretons, proposent cette année de faire un focus sur les enjeux liés à la production des emballages alimentaires, de leur conception à leur recyclage. BDI, Valorial, Breizpack – Adria Développement, ZOOPOLE Développement, ID Mer (tous les 3 membres d’Act Food Bretagne*)- Institut Maupertuis, MEITO, Bretagne Commerce International (BCI), Pôle Cristal, Agrocampus Ouest, ABEA, CBB Capbiotek/Biogenouest… invitent les visiteurs sur ce plateau aménagé en cinq îlots présentant chacun une étape du cycle de vie des emballages.

Sur le 1er îlot, Breizpack, en collaboration avec Valorial, présentera un démonstrateur d’emballage éco-conçu mis au point par l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme (Université de Bretagne-Sud). Un fermenteur illustrera ainsi le projet BlueEcoPha (faisant suite aux projets BIOCOMBA et PHAPACK) qui vise à produire localement des bioplastiques grâce à des bactéries marines qui se nourrissent de résidus issus de l’industrie agroalimentaire. Par une animation en réalité augmentée, créée en partenariat avec la société Europlastiques, le visiteur s’immergera dans une usine « verte » pour comprendre le procédé de fabrication de ces emballages éco-conçus performants.

Deux conférences effectuées par Pierre Lemechko (post-doc IRDL) sur l’élaboration de bioplastiques à partir de déchets de l’industrie agro-alimentaire bretonne (à partir de résidus de fruits et de légumes) et par Stéphane Bruzaud (Professeur IRDL) sur des aspects liés à la fabrication d’emballages à base de matières végétales et biodégradables complèteront cette animation.

Dossier de presse complet

Lire la suite…

Collaborations avec le Québec

Projets de co-tutelles entre l'IRDL et l'ERICCA et constitution d'un pôle d'excellence international dans le domaine des composites.

L’Équipe de recherche en intégration Cao-Calcul (ERICCA) du Département de génie mécanique offre désormais l’opportunité, à certains de ses étudiants, d’effectuer le doctorat en ingénierie en cotutelle avec l'Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL). Ces étudiants peuvent donc maintenant compléter leur doctorat en faisant une partie de leurs études à l'UBS et l’autre partie à l’UQTR et recevoir un diplôme des deux universités. «On a une complémentarité très forte avec l’UBS. Ils sont spécialisés dans l’étude des propriétés des matériaux composites et nous dans la modélisation 3D. La mise en commun de ces deux expertises donne des sujets de doctorat très intéressants», nous expliquent Jean-Christophe Cuillière et Vincent François, professeurs au Département de génie mécanique.

Le Centre de recherche sur les matériaux lignocellulosiques (CRML) de l’UQTR et l'IRDL uniront leurs efforts afin de créer un partenariat en enseignement et en recherche sur les composites à base de fibres cellulosiques biofonctionnalisées. La mise en commun des leurs expertises complémentaires permettront de constituer un pôle d’excellence international dans le domaine. L’initiative avait pris naissance en novembre dernier, alors que Benjamin Saulnier, Post-doctorant à l’UBS, était venu à l’UQTR pour donner une conférence sur la valorisation de la biomasse marine.


Philippe Pilvin, professeur au Département génie mécanique de l’UBS, Adrien Couture, premier doctorant en cotutelle UQTR-UBS, Jean-Christophe Cuillière et Vincent François, professeurs au Département de génie mécanique de l’UQTR.

19th ESAFORM Conference

Du 27 au 29 avril à Nantes

logo-esaform-vignetteESAFORM is a European association with the mission to stimulate applied and fundamental research in the field of material forming. Its annual conference, the International ESAFORM Conference on Material Forming, is used to achieve one of the main goals of ESAFORM: to spread scientific and technological information related to material forming within academic and industrial communities.

The 19th International ESAFORM Conference on Material Forming – shapeimage-1ESAFORM 2016 - will be held in Nantes, France. The conference will cover numerous disciplines related to material forming including all kind of materials (metals, polymers, ceramics and composites), processes (traditional and new forming processes), scales (micro, meso and macro) and approaches (modeling, simulation, experiments, …)

ESAFORM 2016 is jointly organized by Ecole Centrale de Nantes (France) and the Universidad de Zaragoza (Spain), with the support of three other institutions: The University of Nantes, The ENSAM Angers and the University of South Brittany.

The conference will bring together specialists from academia and industry all around the world, to discuss the latest technological innovations and recent achievements in material forming. Two pre-conference short courses are also scheduled.

The conference proceedings will be published by AIP (indexed in WoS).

Site web ESAFORM

Lieu : Nantes

Contacts : Sandrine THUILLIER et Gilles AUSIAS