Les matériaux composites à matrice organique thermodurcissable sont utilisés de plus en plus fréquemment dans l'industrie. Leur principal mode d'endommagement étant le délaminage, appréhender les propriétés en cisaillement interlaminaire de ces matériaux est un problème crucial pour l'ingénieur. De plus, dans certaines structures, des organes mécaniques sont soumis à des sollicitation intenses pendant des temps très courts. La connaissance de la réponse mécanique de ces matériaux sous sollicitation dynamique prend alors tout son intérêt. Dans ce travail, nous proposons des méthodes d'essais fiables, permettant de générer du cisaillement interlaminaire sur matériaux composites, dans un large gamme de vitesses de déformation (10−3d−1 à 103s−1). Cette entreprise est rendue possible par l'utilisation de moyens expérimentaux de type barres d'Hopkinson, et de codes de calcul par éléments finis permettant l'optimisation des éprouvettes et l'analyse précise des résultats expérimentaux. Les deux composites étudiés furent le T300/5208 et le T300/5245C. Le module et la contrainte à rupture en cisaillement interlaminaire ont été déterminés. On ne constate pas d'influence de la vitesse de sollicitation sur ces grandeurs. Un critère de rupture simple a également pu être établi. Le taux de restitution d'énergie critique en mode II, GIIc, a été calculé en statique et en dynamique pour ces deux matériaux.

L'usage des fibres végétales, ressources renouvelables, présente de nombreux intérêts pour renforcer les polymères. Les performances de ces matériaux composites dépendent de la qualité de la liaison fibre/matrice. Cette étude présente des travaux réalisés sur des fibres de lin et des composites lin/résine polyester thermodurcissable.Pour un usage optimum, les fibres sont traitées pour les individualiser, nettoyer leur surface et améliorer la compatibilité avec le polymère (mouillage adhérence). Trois protocoles de traitements chimiques (acide formique, NaOH, NaOH+anhydride acétique) ont été retenus. L'influence de ces traitements chimiques est étudiée sur : les propriétés de surface des fibres (mouillage, microscopie IR, AFM) l'adhérence fibre/matrice (déchaussement d'une microgoutte) les propriétés mécaniques des plis renforcés par des mats ou par des fibres unidirectionnelles sollicitées en traction pour différentes orientations de fibres. Les résultats montrent que les traitements chimiques conduisent à une augmentation de la résistance au cisaillement interfaciale entre la fibre et la matrice pour le traitement à l'acide formique et celui à l'anhydride acétique. Les propriétés macroscopiques évoluent avec la même tendance. L'analyse des propriétés de surface des fibres montre que la composition chimique, la rugosité et la tension de surface sont aussi fortement influencées.

Ce travail financé par un projet européen FEDER, la région haute Normandie et la société AIRCELLE (groupe SAFRAN), a pour but la compréhension des phénomènes régissant les assemblages composites collés. Le premier chapitre est composé d'une étude bibliographique des différents phénomènes d'adhésion. Le chapitre suivant porte sur la présentation des matériaux utilisés, leur mise en œuvre, ainsi qu'un descriptif des techniques de caractérisation de surface. Puis le troisième chapitre apporte les premiers résultats concernant l'influence de la mise en œuvre et des fibres de renfort. Le quatrième et cinquième chapitre étudiera les traitements de surface par tissu à délaminer et laser excimère. Pour finir, le sixième et dernier chapitre a pour objectif d'appréhender les problématiques de vieillissement des assemblages collés. Enfin, la conclusion regroupe de façon concise l'essentiel des résultats probants de la thèse.

Des essais de compression menés sur des composites unidirectionnels (T300/914, T800/5245C, M40J/913, GY70/V108 et AS4/PEEK) ont montré deux modes de rupture: formation des bandes de cisaillement et rupture des fibres en compression. Les matériaux étudiés présentent un comportement non-linéaire élastique caractérisé par une décroissance continue du module tangent. Un modèle analytique (fibre, matrice élastique) tenant compte des ondulations initiales a été développé. L'évolution des contraintes dans les constituants a été analysée et comparée avec les contraintes à rupture. Ce modèle permet de distinguer deux modes de rupture et de déterminer les paramètres importants de la rupture. Afin d'affiner la modélisation, un modèle numérique se basant sur la méthode des éléments finis a été réalisé. L'évolution des contraintes dans la fibre a été analysée et comparée avec sa tenue en compression. La prise en compte des imperfections géométriques initiales et des propriétés élastoplastiques de la matrice a permis de déterminer les paramètres gouvernant la rupture (les imperfections géométriques, la tenue de la fibre et la limite d'élasticité de la matrice), et de proposer deux mécanismes de rupture : rupture des fibres en compression et rupture par formation des bandes de cisaillement

ON A CHERCHE A AMELIORER LA TENACITE DES COMPOSITES EPOXY-FIBRES DE CARBONE EN INTERVENANT SUR LES PROPRIETES DE L'INTERFACE PAR TRAITEMENT DE SURFACE DE LA FIBRE DE CARBONE. ON GREFFE DES FONCTIONS AMINEES PAR VOIE ELECTROCHIMIQUE EN MILIEU ORGANIQUE, FONCTIONS SUSCEPTIBLES DE REAGIR AVEC LES CYCLES EPOXY DE LA MATRICE. LA FIBRE DE CARBONE CONSTITUE L'ANODE DU DISPOSITIF. LES CONDITIONS OPERATOIRES OPTIMALES ONT ETE PRECISEES SUR DES FRAGMENTS DE MECHE DANS UNE CELLULE DE VOLTAMMETRIE A PARTIR D'ANALYSES DE SURFACE ESCA ET SIMS. ON PROPOSE UN MECANISME DE GREFFAGE DE L'ETHYLENEDIAMINE. DES TRAITEMENTS EN CONTINU DE FIBRES DE CARBONE ONT ETE REALISES DANS UNE CELLULE PILOTE AVEC TROIS AMINES DIFFERENTES. L'EFFICACITE DU GREFFAGE A ETE EVALUEE SUR MONOFILAMENT PAR MESURE DE LA CONTRAINTE DE DECOHESION INTERFACIALE ET SUR COMPOSITES PAR CELLE DE LA CONTRAINTE DE CISAILLEMENT INTERLAMINAIRE ET DE L'ENERGIE DE RUPTURE EN MODE I

L'une des méthodes possibles pour agir sur les propriétés de friction des composites C/C consiste à introduire du carbure de silicium dans la matrice. L'objectif de ce travail était d'évaluer l'incidence de cette modification sur le comportement tribologique et d'identifier les mécanismes impliqués. Pour cela, différents composites à matrice hybride ont été élaborés puis testés sur un tribomètre de laboratoire et sur un banc d'essai industriel. Par rapport aux C/C de reférence, ces matériaux présentent des coefficients de frottement et des taux d'usures généralement supérieurs, en raison de l'effet abrasif du carbure de silicium. Dans des conditions très sévères, le coefficient de frottement peut diminuer fortement, suite à la mise en place d'un mécanisme proche de la lubrification. Ces résultats mettent en évidence les aspects mécaniques et hysico-chimiques de l'action du carbure de silicium sur les propriétés tribologiques des composites à matrice hybride à différentes échelles de sollicitation. Enfin, l'influence de la présence de silicium libre dans la matrice a été abordée.

L’utilisation des composites à matrice organique pour des applications structurales à haute température est de plus en plus souvent envisagée, notamment dans certaines zones de turbomachines aéronautiques. A cette fin, il devient nécessaire d’analyser les effets du vieillissement thermo-oxydant sur le comportement mécanique d’un polymère et des composites associés. Cet ouvrage met en relief des méthodologies expérimentales originales qui permettent, par analyse inverse, de développer et d’identifier une loi de comportement du polymère dépendant du vieillissement ainsi que les déformations d’origine chimique. Ces informations sont utilisées pour le calcul des contraintes internes induites par un vieillissement thermo-oxydant dans des composites unidirectionnels à fibres continues de carbone. Comportement mécanique des composites à matrice organique se différencie des autres ouvrages par son approche. Il examine des lois de comportement thermomécaniques locales dépendant de l’oxydation grâce à l’emploi d’essais couplés et non couplés à l’échelle microscopique. Il présente des modèles originaux afin d'intégrer toute la richesse de la phénoménologie observée expérimentalement, grâce à l'emploi de variables internes correctement choisies.