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Soutenance de thèse de Daniel KRZAK – 3 septembre 2025 à 9h00

Caractérisation des Mécanismes Physiques et des Mécanismes Chimiques ainsi que de leurs Synergies dans le Procédé PEMEC

Characterisation of Physical and Chemical Mechanisms and their Synergies in the PEMEC Process

Rendez-vous mercredi 3 septembre 2025 à 9h00 – Ecole Centrale de Lyon – ENISE – Pôle Productique 74 rue des Aciéries – 42100 Saint-Etienne
Salle de conférences 

Membres du jury :

  • Direction de thèse : M. Joël RECH- Professeur des universités - Ecole Centrale de Lyon
  • Rapporteur : Mme Marie-Laure DOCHE - Maîtresse de conférences HDR - Université Marie et Louis Pasteur
  • Rapporteur : M. José C.M OUTEIRO - Professeur des universités - The University of North Carolina at Charlotte
  • Examinateur : M. Christophe TOURNIER - Professeur des universités - Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay
  • Examinateur : M. Nicolas MARY - Maître de conférences HDR - INSA Lyon
  • Examinateur : M. Fabien LEFEVRE - Directeur de recherche - CETIM

Résumé de la thèse :

Le développement de la fabrication additive a permis la création de pièces métalliques aux géométries complexes, impossibles à réaliser avec les procédés conventionnels. Cependant, ces pièces présentent une rugosité de surface élevée et des zones difficilement accessibles, rendant les méthodes traditionnelles de finition (usinage, tribofinition, polissage chimique, etc.) inefficaces, voire inadaptées. De plus, les techniques actuelles de polissage sont souvent trop longues et peuvent altérer la géométrie des pièces, notamment en arrondissant les arêtes vives, ce qui compromet la précision fonctionnelle des pièces polies. Dans ce contexte, cette thèse s'inscrit dans un projet de recherche collaboratif entre le laboratoire LTDS (École Centrale de Lyon – ENISE) et le CETIM, visant à développer un procédé de polissage innovant : le Polissage Electro-MEcano-Chimique (PEMEC). Ce procédé hybride combine simultanément des actions électrochimiques (électropolissage) et mécaniques (tribofinition), afin de proposer un polissage plus efficace, capable de répondre aux défis posés par le parachèvement de pièces complexes à haute rugosité. Les travaux présentés proposent une approche multi-échelle de l'étude du procédé PEMEC : * À l’échelle macroscopique, une machine pilote a été développée pour mener des campagnes expérimentales sur des échantillons modèles. Un protocole de caractérisation topographique multi-échelle a été mis en place (mesures de rugosité, d’enlèvement de matière, état de surface, etc.), permettant d’optimiser les paramètres opérationnels du procédé (intensité, vitesse, électrolyte, type d’abrasif, etc.). * À l’échelle microscopique, des dispositifs expérimentaux ont été conçus afin d'étudier localement les mécanismes mis en œuvre lors du procédé PEMEC. Cette étude a permis de mieux comprendre le fonctionnement du procédé et les interactions entre les mécanismes d’abrasion couplés à la dissolution anodique. * Finalement, une nouvelle machine à vocation industrielle a été conçue et testée, permettant d’évaluer les perspectives d’industrialisation du procédé. L'application du procédé a également été validée sur des pièces issues de la fabrication additive métallique (impression 3D). Ce manuscrit présente ainsi un travail de recherche et développement multi-échelle du procédé PEMEC, et démontre son potentiel en tant que solution de polissage performante, efficace et parfaitement adaptée aux besoins croissants de finition des pièces complexes issues des technologies de fabrication additive.
The development of additive manufacturing has enabled the creation of metallic parts with complex geometries that are impossible to achieve using conventional processes. However, these parts exhibit high surface roughness and often feature hard-to-reach areas, making traditional finishing methods (machining, vibratory finishing, chemical polishing, etc.) ineffective or even unsuitable. Furthermore, existing polishing techniques are often time-consuming and can alter the geometry of the parts, particularly by rounding sharp edges, which compromises the functional precision of the polished components. In this context, this thesis is part of a collaborative research project between the LTDS laboratory (École Centrale de Lyon – ENISE) and CETIM, aiming to develop an innovative polishing process: Electro-MEchano-Chemical Polishing (PEMEC). This hybrid process combines simultaneously electrochemical actions (electropolishing) with mechanical actions (tribofinishing), in order to provide a more efficient polishing solution capable of addressing the challenges of finishing complex, high-roughness parts. The research presented adopts a multi-scale approach to the study of the PEMEC process: At the macroscopic scale, a pilot machine was developed to conduct experimental campaigns on model samples. A multi-scale surface characterization protocol was established (roughness measurements, material removal, surface state, etc. ), allowing for the optimization of the operational parameters of the process (intensity, speed, electrolyte, abrasive type, etc.). At the microscopic scale, experimental setups were designed to study locally the mechanisms involved in the PEMEC process. This study provided a better understanding of the process's operation and the interactions between the abrasion mechanisms coupled with anodic dissolution. Finally, a new industrial-grade machine was designed and tested, allowing for the evaluation of the process's industrialization potential. The process was also validated on parts produced by metal additive manufacturing (3D printing). This manuscript presents a multi-scale research and development effort of the PEMEC process, demonstrating its potential as a high-performance, efficient polishing solution, perfectly suited to the growing demand for finishing complex parts produced by additive manufacturing technologies.

Mots-clés :

Polissage Hybride, Tribofinition, Electropolissage

Keywords:

Hybrid Polishing,Tribofinishing,Electropolishing
Date de publication : 24/07/2025

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