Wu Kaiwei, étudiant en master promotion 2026 à l’École d’Ingénieurs Paris SJTU (SPEIT), a publié en tant que premier auteur un article scientifique dans la revue internationale de référence en mécanique des solides, Journal of the Mechanics and Physics of Solids (JMPS), intitulé : « A Multiscale Investigation into the Electroplastic Effects in Copper: Experiments and Crystal Plasticity Modeling ».
Cette étude met en évidence de manière systématique le comportement mécanique multi-échelle ainsi que les mécanismes microscopiques de déformation des matériaux métalliques, représentés ici par le cuivre pur, sous effet électroplastique. Elle propose également une analyse approfondie de questions scientifiques controversées de longue date dans ce domaine. L’Université Jiao Tong de Shanghai est la première affiliation de l’article. Les co-auteurs correspondants sont le Dr Sun Xiaochuan, chercheur postdoctoral, Shi Qiwei, professeur associé à SPEIT, et Wang Huamiao, professeur à l’Université de Shanghai.
Présentation de l’article
Dans cette étude, des essais de traction assistés par courant pulsé ont été réalisés sur du cuivre pur sous un contrôle strict de la température. Un refroidissement par air froid et une thermométrie infrarouge ont permis de maintenir la température des échantillons proche de la température ambiante, afin de mettre en évidence les effets non thermiques.Les résultats expérimentaux montrent que, sous chargement électro-assisté, la courbe contrainte–déformation présente des fluctuations locales caractéristiques. Au cours d’une impulsion, la réponse en contrainte se décompose en deux phases successives : une « chute rapide » suivie d’une « chute progressive ». Par ailleurs, la contrainte d’écoulement macroscopique et le taux d’écrouissage diminuent significativement avec l’augmentation de la densité de courant.
Des analyses EBSD à grande échelle, TEM à double faisceau et EBSD haute résolution montrent que l’électroplasticité n’active pas de systèmes de glissement hors plans compacts, et que l’intensité de la texture <111>//RD reste globalement inchangée. En revanche, la densité totale de dislocations diminue fortement, principalement en raison de la récupération des dislocations statistiquement stockées (SSD), tandis que la densité des dislocations géométriquement nécessaires (GND) reste quasi constante.
Réponse en contrainte des échantillons sous différentes densités de courant pulsé
Histogrammes de densité de GND, analyse KAM et estimation quantitative de la diminution des SSD sous différents courants pulsés
Sur la base du cadre auto-cohérent élasto-viscoplastique (EVPSC), un modèle de plasticité cristalline couplé électromagnétique (EC-EVPSC) a été développé. L’effet du courant électrique sur la réduction des barrières d’énergie à courte portée (via une modification de l’énergie libre d’activation dans l’équation d’Orowan) permet de décrire la « chute rapide ». Par ailleurs, l’introduction de l’effet du courant sur l’énergie de cœur des dislocations dans l’équation d’évolution des dislocations de type Kocks–Mecking permet de décrire la « chute progressive ».
Courbes contrainte–déformation expérimentales (Exp.) et simulées (Sim.) sous différents courants pulsés
Avec seulement deux paramètres liés au courant, le modèle reproduit simultanément les courbes macroscopiques contrainte–déformation, les fluctuations locales de contrainte, l’évolution semi-quantitative de la densité de dislocations et l’évolution qualitative de la texture. Il a également été validé par des expériences indépendantes (70 A/mm²) et différents paramètres d’impulsion (1 Hz, rapport cyclique de 10 %).
Schéma du mécanisme en trois étapes
Cette étude permet non seulement de clarifier davantage l’origine physique de l’électroplasticité dans le cuivre, mais aussi de proposer de nouvelles interprétations cohérentes de phénomènes controversés dans la littérature. Les auteurs soulignent que l’absence apparente d’effet électroplastique dans certains essais sur le cuivre peut s’expliquer par l’annihilation précoce des dislocations lors du préchargement. L’absence d’électroplasticité dans le plomb à basse température est due à son état supraconducteur (conforme à la théorie BCS), qui inhibe les interactions électron–dislocation et les mécanismes magnétoplastiques. Les différences de réponse électroplastique entre métaux sont liées à des propriétés intrinsèques telles que le temps de relaxation électronique, indiquant un caractère dépendant du matériau.
Lien vers l’article :
https://doi.org/10.1016/j.jmps.2026.106597
Présentation de la collaboration scientifique
Ce travail est issu d’une collaboration scientifique internationale impliquant plusieurs institutions de quatre pays. Wu Kaiwei a non seulement contribué de manière majeure au contenu scientifique, mais a également assuré l’organisation de la recherche, la constitution de l’équipe et la coordination, démontrant les compétences internationales des étudiants de SPEIT en matière de collaboration scientifique.
Institutions en Chine : École d’Ingénieurs Paris SJTU (SPEIT), École des sciences et ingénierie des matériaux, École de génie mécanique (Université Jiao Tong de Shanghai) ; École de mécanique et d’ingénierie (Université de Shanghai) ; École de mécanique et d’ingénierie (Université de Pékin).
Institutions internationales : Centre des Matériaux (Mines Paris-PSL), Centre de Mise en Forme des Matériaux (France) ; Institut Max Planck pour les matériaux durables (Allemagne) ; Faculté d’ingénierie de l’Université de Lancaster (Royaume-Uni).
Encadrement scientifique principal
Sun Xiaochuan est chercheur postdoctoral à l’École des sciences et ingénierie des matériaux de l’Université Jiao Tong de Shanghai. Il y a obtenu ses diplômes de licence, master et doctorat en génie mécanique. Il est l’auteur de 18 articles SCI publiés dans des revues telles que Nature Photonics, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Acta Materialia et International Journal of Plasticity.
Shi Qiwei est professeur associé à l’École d’Ingénieurs Paris SJTU (SPEIT). Il dirige plusieurs projets financés par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et bénéficie de soutiens d’EDF et de TESCAN. Il a publié plus de 40 articles scientifiques.
Wang Huamiao est professeur à l’Université de Shanghai. Il a dirigé de nombreux projets de recherche et publié plus de 100 articles dans des revues internationales de premier plan.
Samuel Forest est professeur à Mines Paris et membre de l’Académie des sciences depuis 2022. Spécialiste reconnu en mécanique des solides, il a reçu de nombreuses distinctions prestigieuses. Ses travaux portent notamment sur la mécanique des milieux continus généralisés et les mécanismes de déformation des matériaux.
Présentation de la revue
Fondée en 1952 par Rodney Hill, figure majeure de la mécanique des solides moderne, la revue Journal of the Mechanics and Physics of Solids (JMPS) est l’une des publications les plus anciennes et les plus prestigieuses du domaine. Elle se consacre à la publication de recherches « de la plus haute qualité et à valeur durable » et encourage les auteurs à mettre en évidence l’impact profond de leurs travaux sur le développement de la mécanique.