LES MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE CERAMIQUE RENFORCEE PAR DES FIBRES CONTINUES SONT DEVELOPPES POUR DES APPLICATIONS THERMOSTRUCTURALES. L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE VISE D'UNE PART A PROPOSER DES METHODES FIABLES DE DETERMINATION DES PARAMETRES MICROMECANIQUES QUI PERMETTENT L'EVALUATION DES DIFFERENTES NUANCES DU MATERIAU AU COURS DE SA PHASE DE DEVELOPPEMENT. D'AUTRE PART, ELLE A POUR OBJET LA COMPREHENSION DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT OU DE RUPTURE EN RELATION AVEC LA SOLLICITATION MECANIQUE. DANS CE MEMOIRE, NOUS AVONS PROCEDE PAR DES ESSAIS QUASI-STATIQUES EN TRACTION UNIAXIALE COUPLES A LA TECHNIQUE D'EMISSION ACOUSTIQUE POUR IDENTIFIER LES MICROMECANISMES D'ENDOMMAGEMENT ET LEUR SEQUENCE DE DECLENCHEMENT EN FONCTION DE LA CONTRAINTE DANS LE CAS DES MATERIAUX SIC-MAS.L UNIDIRECTIONNEL ET BIDIRECTIONNEL A PLIS CROISES. LE DEVELOPPEMENT DE L'ENDOMMAGEMENT A ETE EVALUE PAR LE NOMBRE DE FISSURES MATRICIELLES TRANSVERSES DANS LES PLIS LONGITUDINAUX ET CORRELE A LA DECROISSANCE DU MODULE D'ELASTICITE LONGITUDINAL. ENSUITE, DANS LE CAS DU COMPOSITE UNIDIRECTIONNEL, L'ANALYSE DE CETTE MULTIFISSURATION A PERMIS L'ESTIMATION DES PARAMETRES MICROMECANIQUES QUI DETERMINENT LE SEUIL D'ENDOMMAGEMENT DU MATERIAU ET SON EVOLUTION SOUS SOLLICITATION MECANIQUE. EN FATIGUE STATIQUE, L'EVOLUTION DE L'ENDOMMAGEMENT DANS LE COMPOSITE SIC-MAS.L (0/90), SUGGERE UNE SENSIBILITE DE LA MATRICE MAS.L A LA CORROSION SOUS-CONTRAINTE. LA COMPARAISON DE L'EVOLUTION DES PROPRIETES MECANIQUES AU COURS DES ESSAIS DE FATIGUE DYNAMIQUE A 1 HZ ET 10 HZ INDIQUE QUE L'EFFET DE FATIGUE DYNAMIQUE DANS CE COMPOSITE DEPEND PEU DE LA DUREE DE L'ESSAI. IL SERAIT PLUTOT DU A UNE MODIFICATION PROGRESSIVE DES PROPRIETES INTERFACIALES AU COURS DU CYCLAGE. DANS LE CAS DES MATERIAUX SIC-SIC 2D STANDARD, L'ETUDE DE LA RESISTANCE A LA PROPAGATION DE FISSURE SUR DES EPROUVETTES CT PERMET D'ACCEDER A DES VALEURS K#R FIABLES SEULEMENT POUR DES EPROUVETTES DE TAILLE W40 MM, DANS LE DOMAINE DE CROISSANCE SOUS CRITIQUE DE FISSURE

LE COMPORTEMENT DE TUBES BOBINES EN MATERIAUX COMPOSITES, DE TYPE KEVLAR/EPOXY ET CARBONE/EPOXY, SONT ETUDIES DANS DES CAS DE SOLLICITATIONS SIMPLES OU COUPLEES (TRACTION, TORSION, PRESSION INTERNE), EN COUPLANT UN MODELE MECANIQUE D'ENDOMMAGEMENT ANISOTROPE A UNE THEORIE ELASTIQUE DE PLAQUES STRATIFIEES. ON CHERCHE A PREVOIR LE COMPORTEMENT DE STRUCTURES D'EMPILEMENT COMPLEXE A PARTIR DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES DU COMPOSITE UNIDIRECTIONNEL ET DE L'IDENTIFICATION DES LOIS D'ENDOMMAGEMENT SUR UN BOBINAGE A 90#O. LES PREVISIONS DES SEUILS D'APPARITIONS DE LA NON-LINEARITE DU COMPORTEMENT ET DE LA RUPTURE DU COMPOSITE GLOBAL, SONT ENVISAGEES A PARTIR DE L'APPLICATION COUCHE PAR COUCHE DE TROIS CRITERES QUADRATIQUES (HASHIN, HILL ET TSAI), SOUS SOLLICITATIONS UNIAXIALES OU BIAXIALES. ON COMPARE LES RESULTATS DE CETTE MODELISATION AVEC LE COMPORTEMENT EXPERIMENTAL SOUS CHARGEMENTS MONOTONES RADIAUX, POUR DEUX TYPES DE STRATIFICATIONS DANS LE CAS DES TUBES KEVLAR/EPOXY. LES ECARTS OBSERVES SONT ANALYSES EN CONSIDERANT LES HYPOTHESES DE LA MODELISATION (PLIS CROISES EN ALLER-RETOUR) ET LES RESULTATS D'OBSERVATIONS MICROSTRUCTURALES. ON MET EN EVIDENCE UNE CORRELATION ENTRE LES COMPORTEMENTS ET LES DOMMAGES DETECTES PAR LES CONTROLES NON DESTRUCTIFS. UN AUTRE MODELE POUR LES MATERIAUX VISCOELASTIQUES ENDOMMAGEABLES CONSIDERE LE MATERIAU COMPOSITE COMME HOMOGENE. L'UTILISATION DE CE MODELE PERMET DE DETERMINER LA PART D'ENDOMMAGEMENT ET DE VISCOELASTICITE DANS LE COMPORTEMENT D'UN TUBE KEVLAR/EPOXY, A PARTIR DES BOUCLES D'HYSTERESIS ET DES DEFORMATIONS RESIDUELLES OBTENUES PAR CHARGEMENTS REPETES PROGRESSIFS. CETTE ETUDE FAIT PARTIE D'UN AXE DE RECHERCHE VISANT A ETABLIR UNE MODELISATION COMPLETE DU COMPORTEMENT DES MATERIAUX COMPOSITES

Le phénomène de fatigue est aujourd'hui plus actuel que jamais car le concepteur ne peut plus se permettre d'appliquer à ses calculs un coefficient de sécurité généreux. Hier peu dangereux, le phénomène de fatigue devient ainsi un des principaux facteurs de dimensionnement. C'est ce qui explique l'intérêt croissant des industriels vis-à-vis de la recherche en fatigue. Ce travail a été financé par une allocation MNER dans le cadre d’un partenariat avec la Société Turbomeca-Bordes (groupe Snecma) pour étudier le comportement d’un composite (Tissu carbone/époxy) utilisé dans la confection des structures dans le domaine aéronautique. Pour anticiper l’apparition de problèmes de tenue mécanique et de durée de vie sur le matériau utilisé, plusieurs types d’essais ont été menés : en traction (instrumentée par des caméras CCD et par ESPI) pour déterminer les propriétés élastiques et à rupture du matériau, en fatigue (instrumentée par caméra infrarouge) pour déterminer un critère d’endommagement. L’ensemble des résultas issus des essais a été comparé à des simulations numériques ce qui a permis de juger de la validité des hypothèses retenues dans le cadre de cette recherche.

Nous avons étudié la propagation des dégradations dans des plaques trouées en carbone/époxy sous divers changements biaxiaux. L’état biaxial est obtenu par une sollicitation plane de traction-tractin dans deux directions perpendiculaires. Le suivi des dégradations au cours de l'essai est réalisé au moyen de la radiographie x- avec imprégnation d'opacifiant. Une étude préalable d'un barreau de traction en matériau composite stratifié a débouché sur la modélisation de la fissuration transverse et la rupture de fibres. Le modèle de fissuration transverse est base sur une loi déduite de l'évolution des modules de la couche fissurée en fonction de la densité de ces fissures transverses. Le critère de rupture de fibres est un critère en déformation maximale. Une comparaison entre théorie et diverses expériences est présentée. Ces deux modèles sont introduits dans un programme d'éléments finis bidimensionnel d'une manière simplifiée, afin de simuler numériquement la propagation de ces deux dégradations au cours de l'essai, et la courbe de traction. Une étude de convergence a permis de conclure à la stabilité numérique de l'approche développée. Une comparaison entre calculs et essais, pour diverses séquences d'empilements, est présentée pour les courbes de traction et les géométries des dommages. Les calculs approximent de manière correcte l'amorçage des dégradations et l'axe de propagation

Du fait de leurs nombreux avantages, à savoir notamment leur faible coût, leurs meilleures possibilités de recyclage et de réparation, leur légèreté et leur bonne tenue en fatigue, les résines polymères thermoplastiques sont de plus en plus employées dans l'industrie des matériaux composites. Cependant, du fait de leur nature chimique, leur réponse mécanique dépend de la température, et ce, même dans un intervalle éloigné de leur température de transition vitreuse. Cette dépendance se répercute, dans une proportion moindre mais qui reste significative, sur la réponse mécanique des composites à matrice thermoplastique. Du fait des distributions locales des contraintes dans ces derniers et des micro- et méso- structures qui les composent, cette dépendance peut aussi se répercuter sur le scénario d'endommagement de ces derniers. Or, des structures telles que des pales d'éolienne sont amenées à fonctionner dans une plage de température allant de -20°C à 60°C. Il devient donc nécessaire d'étudier l'impact de la température sur le comportement mécanique et sur le scénario d'endommagement des composites à matrice thermoplastique, pour permettre notamment de mieux prévoir l'évolution de l'endommagement en fatigue des pales d'éolienne, dans leur intervalle de température de service. En effet, les pales d'éolienne sont généralement dimensionnées via une approche normative, qui requiert soit des campagnes expérimentales conséquentes pour obtenir le comportement en fatigue de tous les stratifiés constituant une structure telle qu'une pale d'éolienne soit la formulation d'hypothèses fortement conservatives, qui nuisent à l'optimisation de la conception des pales. Pour pallier à cela, un modèle d'endommagement permettant de décrire l'évolution de la résistance, de la rigidité et de la déformation résiduelle d'un pli unidirectionnel soumis à des chargements quasi-statiques ou de fatigue a été récemment développé. Les travaux présentés ici visent dans un premier temps à valider l'utilisation de ce modèle dans le cas d'un composite à matrice acrylique renforcé de fibres de verre, utilisé pour la fabrication de certaines pales d'éolienne. L'identification et la validation s'appuient à la fois sur des essais mécaniques en quasi-statique, en fatigue (traction/traction, traction/compression) sur plusieurs strates et sur des analyses physiques (micrographies sous charge, micro-tomographie à rayons X). Il s'agit ensuite d'analyser comment l'effet de la température sur le comportement mécanique et le scénario d'endommagement de ce composite se répercute sur les paramètres du modèle.