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Sassi, Sonia. Instrumentation distribuée résidente pour l'optimisation de la fabrication et le suivi de matériaux composites pour pièces structurales pour l'aéronautique et le spatial

Sassi, Sonia (2016). Instrumentation distribuée résidente pour l'optimisation de la fabrication et le suivi de matériaux composites pour pièces structurales pour l'aéronautique et le spatial.

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Résumé en francais

Les propriétés finales des structures composites sont gouvernées par les paramètres de cuisson. En effet, ces derniers influencent non seulement les taux volumiques de chaque composant et les changements physico-chimiques de la matrice lors de la polymérisation mais également la variation de l'ensemble des paramètres géométriques à l'échelle de la structure considérée (épaisseurs des plis et inter-plis, paramètres de percolation, etc.). Nous proposons ici de suivre in situ et en temps réel le processus de cuisson de composites fabriqués à partir de préimprégnés unidirectionnels T700/M21 en utilisant des mesures d'impédance électrique. L'instrumentation utilisée (électrodes flexibles : flex et toile) est suffisamment robuste pour proposer des mesures fiables et reproductibles sur la caractérisation électrique du matériau composite pendant sa cuisson. Afin de pouvoir caractériser le changement du comportement électrique anisotrope en cours de cuisson et de proposer une étude des paramètres nécessaires à une future modélisation (pouvant mener à l'asservissement des moyens de cuisson), une analyse microstructurale multi-échelle a été réalisée. Cette dernière a permis de suivre l'évolution des différents paramètres géométriques retenus en fonction du temps de cuisson et à différentes échelles (micro-, méso- et macroscopiques): fractions surfaciques ou volumiques des constituants (fibres, résine et porosité), paramètres de percolation (nombre de points de contacts surfaciques et distances de percolation) et épaisseurs (stratifiés, plis et inter-plis). Les mesures électriques obtenus en temps réel de cuisson sont corrélées non seulement à la variation des paramètres rhéologiques obtenus lors d'essais DSC et DMA (à cycle de cuisson identique) mais également à la variation des paramètres géométriques en cours de cuisson. L'étude de faisabilité a été réalisée avec plusieurs types de cuisson : cycles sans défauts (à l'étuve et à l'autoclave) et cycles perturbés (présence d'une anomalie avant ou en cours de cuisson). Les résultats obtenus montrent la possibilité de rendre compte de l'évolution de l'ensemble des paramètres étudiés et ainsi le fort potentiel des mesures d'impédances électriques dans le monitoring de la cuisson de ce type de matériau. En ce qui concerne l'instrumentation utilisée (flex ou toile), la présence des électrodes à cœur ne doit pas perturber l'intégrité de la pièce composite réalisée. Pour cela, une étude d'intrusivité a été menée à travers des analyses microstructurales comparatives (sur des échantillons cuits en étuve et autoclave) et des essais de caractérisation mécanique (flexion 3 points et traction). Il en ressort que les électrodes de type toile semblent être un très bon compromis mesures électriques/non intrusivité. Le matériau est utilisé ici comme capteur mais pourra également servir d'actionneur (fonctionnalisation du matériau : thermique et mécanique) et l'instrumentation utilisée restera par la suite en son sein pour suivre l'état du matériau en service (SHM). Dans cette perspective, les travaux de thèse se sont également intéressés à l'étude de la possibilité de suivre le comportement mécanique d'échantillons unidirectionnels soumis à une flexion trois points via les mesures de la résistance électrique.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Olivier, Philippe
Marguerès, Philippe
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Institut Clément Ader (ICA-Toulouse)
Mots-clés libres :Composites - CFRP - Suivi de cuisson - Monitoring - Propriétés électriques
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :16 Jan 2017 15:17