Contribution à l'étude de deux procédés d'élaboration de matériaux composites présentant des propriétés d'absorption aux ondes hyperfréquences PDF Download
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Author: Sandrine Hoppe
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Languages : fr
Pages : 239
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Book Description
L’objet de cette thèse est l'étude de procédés d'élaboration de matériaux composites présentant des propriétés d'absorption aux ondes hyperfréquences. Ces matériaux sont constitués d'une matrice polymère au sein de laquelle sont dispersées des particules conductrices. Leurs propriétés d'absorption sont fonction de la fraction volumique, de la taille, de la forme et de la répartition spatiale des inclusions. Cette répartition, qui dépend des conditions expérimentales d'élaboration de ces matériaux, est le paramètre déterminant de la qualité de la réponse électromagnétique. Deux procédés d'élaboration ont fait l'objet d'une analyse approfondie: (1) le malaxage par extrusion d'un polymère thermoplastique et de particules de noir de carbone (2) l'encapsulation de particules de noir de carbone au cours de deux polymérisations radicalaires conduites en suspension. Dans une première partie, la modélisation du mélange des deux constituants dans l'extrudeuse est effectuée. Elle repose sur une approche systémique utilisant le couplage entre un modèle d'écoulement du polymère en l'absence du noir de carbone et un modèle de dispersion des particules de noir de carbone. La deuxième partie concerne la mise au point et l'optimisation des principaux paramètres du procédé d'encapsulation. L’observation par microscopie optique et électronique à transmission, couplée à l'analyse quantitative d'images, est une méthode performante pour caractériser la dispersion du noir de carbone. La détermination des caractéristiques électromagnétiques des matériaux permet de juger la qualité du mélange vis-à-vis de la propriété recherchée
Author: Sandrine Hoppe
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Languages : fr
Pages : 239
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L’objet de cette thèse est l'étude de procédés d'élaboration de matériaux composites présentant des propriétés d'absorption aux ondes hyperfréquences. Ces matériaux sont constitués d'une matrice polymère au sein de laquelle sont dispersées des particules conductrices. Leurs propriétés d'absorption sont fonction de la fraction volumique, de la taille, de la forme et de la répartition spatiale des inclusions. Cette répartition, qui dépend des conditions expérimentales d'élaboration de ces matériaux, est le paramètre déterminant de la qualité de la réponse électromagnétique. Deux procédés d'élaboration ont fait l'objet d'une analyse approfondie: (1) le malaxage par extrusion d'un polymère thermoplastique et de particules de noir de carbone (2) l'encapsulation de particules de noir de carbone au cours de deux polymérisations radicalaires conduites en suspension. Dans une première partie, la modélisation du mélange des deux constituants dans l'extrudeuse est effectuée. Elle repose sur une approche systémique utilisant le couplage entre un modèle d'écoulement du polymère en l'absence du noir de carbone et un modèle de dispersion des particules de noir de carbone. La deuxième partie concerne la mise au point et l'optimisation des principaux paramètres du procédé d'encapsulation. L’observation par microscopie optique et électronique à transmission, couplée à l'analyse quantitative d'images, est une méthode performante pour caractériser la dispersion du noir de carbone. La détermination des caractéristiques électromagnétiques des matériaux permet de juger la qualité du mélange vis-à-vis de la propriété recherchée
Author: Corinne Marchand
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Languages : fr
Pages : 170
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Ce travail porte sur l'élaboration et la caractérisation de matériaux composites absorbants hyperfréquences. Ces matériaux sont constitués d'une matrice polymère thermodurcissable contenant une dispersion de particules de noir de carbone. L’absorption électromagnétique étant liée à la fraction volumique de charges conductrices, à leur taille et à leur répartition spatiale, les conditions de mise en oeuvre sont essentielles pour contrôler les propriétés diélectriques des matériaux. Tout d'abord, la cinétique de polymérisation du système époxy / amine fait l'objet d'une étude approfondie. Une nouvelle méthode pour déduire la température de transition vitreuse du taux de conversion est développée. La détermination de la cinétique et la modélisation de la limitation diffusionnelle permettent alors d'établir le diagramme TTT isotherme du système TGDDM / 3dcm, et une analyse énergétique montre l'importance de la géométrie de l'objet pour la maitrise du procédé. Enfin, une étude de la structure 3D du polymère confirme le choix du modèle cinétique. Ensuite, la modélisation diélectrique de 0 à 18 GHz est abordée. Les modèles de relaxation de Debye et de Cole et Cole décrivent les variations d'impédance et de permittivité avec la fréquence. Une relation de proportionnalité entre l'impédance statique et le temps de relaxation est trouvée expérimentalement, et justifiée par l'étude d'un circuit électrique équivalent. L’évolution en fonction du taux de charge de la permittivité globale des matériaux est décrite par le modèle de milieu effectif généralisé, et les seuils de percolation ainsi que les permittivités diélectriques des inclusions sont estimées. Finalement, l'influence des paramètres du procédé sur les propriétés diélectriques est abordée. À cette fin, des matériaux contenant deux échelles d'hétérogénéité ont été réalisés et testés. Les résultats obtenus montrent que l'hétérogénéité des matériaux est propice à l'augmentation du caractère absorbant des composites.
Author: Justin Merotte
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Languages : fr
Pages : 246
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Proposer des solutions permettant de concevoir et de fabriquer des pièces automobiles performantes mais également respectueuses de l'environnement est devenu un enjeu majeur pour les équipementiers automobiles. Ces travaux de thèse s'inscrivent donc dans ce contexte de compréhension et d'amélioration des matériaux composites non-tissés aiguilletées renforcés par des fibres végétales. À partir d'un même matériau de base, il est possible d'obtenir des structures et des propriétés différentes grâce au contrôle du taux de porosités dans le matériau. On peut ainsi conférer au composite de bonne propriétés d'absorption acoustique à des taux de porosités élevés (50%) ou au contrainte privilégier la tenue mécanique du produit en les limitant. La structure du matériau et la liaison fibre/matrice vont évoluer avec la fraction de porosités et en résulteront des comportements mécaniques bien différents. Suivant le taux de porosité, les performances mécaniques seront donc principalement gouvernées par des paramètres différents tels que la liaison interfaciale ou le renfort. Dans un environnement automobile, les conditions climatiques (humidité et température) jouent un rôle prépondérant dans les performances des biocomposites non-tissés. En effet, l'adhérence fibre/matrice est essentiellement liée aux contraintes radiales compressives, qui sont largement influencées par l'état hygrométrique du renfort. Enfin, la valorisation les chutes de fabrication issues de la thermocompression pour modifier la structure du composite non-tissé a permis de développer un produit présentant un gain en rigidité significatif.
Author: Lauric Gaffiot
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Languages : fr
Pages : 0
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Les matériaux composites constituent aujourd'hui un domaine très dynamique tant au niveau de l'industrie que de la recherche. Dans ce cadre, les renforts d'origines naturelles représentent une alternative intéressante aux fibres synthétiques de par leurs propriétés mécaniques élevées, leur faible densité et leur caractère biosourcé, afin de répondre à l'accroissement des niveaux de performances ciblés ainsi qu'aux exigences économiques et écologiques actuelles.Ces travaux s'inscrivent dans un projet regroupant laboratoires de recherche, fournisseurs et end-users, visant à développer un matériau composite unidirectionnel structural à base de fibre de lin pour une application sport et loisirs. Ainsi, les objectifs initiaux incluent le développement de différents traitements chimiques des fibres, afin de les laver, d'homogénéiser leurs propriétés mécaniques et d'améliorer l'adhésion fibre-matrice. Une stratégie originale a pour cela été élaborée, basée sur la réactivité et les propriétés physico-chimiques d'un agent de couplage biosourcé. Ce produit a montré un potentiel prometteur d'additif de renforcement des matériaux cellulosiques, notamment à l'état humide. De plus, sa réactivité avec des molécules compatibilisantes a permis de le fonctionnaliser pour promouvoir l'adhésion fibre-matrice.Les caractérisations menées aux différentes échelles de la fibre de lin ont ensuite montré la pertinence de ces traitements, qui renforcent les interfaces fibre-matrice et les fibres techniques à l'état humide. Les études mécaniques ont cependant soulevé de nombreuses problématiques expérimentales, et ont démontré que les spécificités morphologiques de ces objets et leur caractère naturel ne permettaient pas l'exploitation directe des mesures dans le cadre d'un tel projet de développement. Les axes de recherche se sont alors avant tout focalisés sur l'étude des matériaux composites. Ainsi, plusieurs verrous structuraux ont pu être identifiés. La qualité de l'imprégnation de ces renforts naturels, qui peut être influencée par la formulation des traitements et la mise en œuvre, est déterminante dans le développement du matériau à cause de la morphologie multi-échelles des fibres. L'orientation des fibres au sein des plis unidirectionnels s'est également avéré être un paramètre prépondérant, étroitement lié à l'architecture des renforts et aux procédés de traitements industriels.Les développements menés à la fois sur les traitements et sur la structure des composites ont ainsi permis de doubler les propriétés mécaniques des systèmes initiaux pour atteindre un module de rigidité de 30 GPa et une contrainte ultime d'environ 370 MPa en traction tout en limitant grandement la perte de résistance après vieillissement dans l'eau et en garantissant une déformation en flexion répondant au cahier des charges. Les évolutions réalisées ne permettent pas pour le moment d'envisager l'industrialisation de ce matériau, mais vont permettre le prototypage de produits finis.
Author: Matthieu Gresil
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Languages : fr
Pages : 241
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Par la qualité et la variété de leurs propriétés mécaniques, les matériaux composites sont de plus en plus utilisés notamment dans le domaine naval militaire. En outre, la possibilité d'intégrer des fonctions intelligentes au sein même des matériaux représente à elle seule une avancée importante pour l'utilisation de ces composites. Afin de diminuer les coûts des inspections requises pour déceler l'apparition de défauts internes, il est préférable d'utiliser des matériaux intégrant directement un contrôle de santé. Ainsi, nous avons cherché à définir une méthode d'évaluation non destructive in situ, afin d'offrir une meilleure sécurité opérationnelle des structures à moindre coût. Dans ce travail l'utilisation des ondes de Lamb a été étendue au cas des matériaux anisotrope stratifiés. La propagation et les caractéristiques des modes dispersifs des ondes de Lamb ont été étudiées en relation avec les propriétés mécaniques des structures. La réalisation de plaques instrumentées a permis la détection expérimentale de défauts réalistes grâce à la définition de paramètres d'endommagement. L'emplacement des défauts a été estimé par un traitement de signal basé sur la transformée en ondelette discrète et continue. Enfin, les modes de Lamb fondamentaux ont été modélisés par la méthode des éléments finis à deux dimensions. Concomitamment, un blindage électromagnétique basé sur la conductivité électrique des fibres de carbone a permis d'obtenir une efficacité de blindage performant, adapté au domaine naval militaire. En particulier l'importance qualitative de la continuité électrique entre les différentes plaques composites sur la performance mesurée a été soulignée. Une modélisation générique basée sur la méthode des sources ponctuelles réparties a permis de modéliser la propagation des ondes électromagnétiques dans un matériau composite. L'originalité de cette étude réside dans la démonstration de la faisabilité d'intégrer dans des matériaux composites des deux fonctionnalités indépendantes que sont la protection électromagnétique et un contrôle de santé actif.
Author: Jean-Pierre Hébert
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Languages : fr
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LE ROLE PRIMORDIAL DE LA LIAISON D'INTERFACE ENTRE MATRICE ET FIBRE AINSI QUE L'INFLUENCE DE LA GEOMETRIE ET DE L'ORIENTATION DES RENFORTS ONT ETE DEMONTRES A PARTIR DES PRINCIPES DU RENFORCEMENT. A L'AIDE DES MODELES DE CALCUL CORRESPONDANT AUX RECHERCHES LES PLUS RECENTES, DES MECANISMES DE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE ONT ETE ELABORES POUR LES MATERIAUX COMPOSITES ORGANIQUES, METALLIQUES ET CERAMIQUES. UNE ANALYSE DES FACIES DE RUPTURE SOUS DIFFERENTES SOLLICITATIONS A PERMIS DE RELIER LES MECANISMES DE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE AVEC LA CAPACITE DU MATERIAU COMPOSITE ET DE SA MICROSTRUCTURE A TRANSFERER LES CONTRAINTES MACROSCOPIQUES AU NIVEAU DE L'INTERFACE FIBRE-MATRICE. L'EFFET DE L'ENDOMMAGEMENT ET DES IMPERFECTIONS DE STRUCTURE EVENTUELS A ETE ETUDIE. DES TECHNIQUES APPLIQUEES A LA CONNAISSANCE DE LA LIAISON INTERFACIALE MATRICE-RENFORT ONT ETE DEVELOPPEES, UNE METHODE ORIGINALE DE CARACTERISATION PAR ANALYSE ENTHALPIQUE DIFFERENTIELLE A ETE MISE AU POINT. DES MATERIAUX COMPOSITES PERFORMANTS CORRESPONDANT AUX BESOINS NOUVEAUX DES APPLICATIONS AEROSPATIALES ONT ETE PRESENTES. L'ETUDE D'UN PROCEDE D'ELABORATION D'UN MATERIAU COMPOSITE ECONOMIQUE A BASE D'ALUMINIUM RENFORCE PAR DES FIBRES DE CARBONE, OBTENU PAR COFILAGE A ETE FAITE. L'IMPORTANCE DU DEVELOPPEMENT DES MATRICES INTERMETALLIQUES ET CERAMIQUES ET DES MATERIAUX COMPOSITES CARBONE-CARBONE A ETE MISE EN EVIDENCE POUR LES EMPLOIS A TRES HAUTE TEMPERATURE DES PROJETS FUTURS
Author: CHRISTOPHE.. MAGNY
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Languages : fr
Pages : 340
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Book Description
LES MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE METALLIQUE PRESENTENT DES PROPRIETES MECANIQUES ELEVEES ET PROMETTEUSES, EN PARTICULIER LES MATRICES BASE TITANE RENFORCEES PAR DES FIBRES LONGUES POUR LES INDUSTRIES AERONAUTIQUE ET SPATIALE. DIVERS PROCEDES D'ELABORATION DE TELS MATERIAUX ONT ETE DEVELOPPES ; LA VOIE FEUILLARD/FIBRE/FEUILLARD SEMBLE OFFRIR UN BON RAPPORT QUALITE/COUT. L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST L'OPTIMISATION DE CE PROCEDE AU TRAVERS, D'UNE PART, DE L'ETUDE DE L'ECOULEMENT DE LA MATRICE AUTOUR DES FIBRES, ET D'AUTRE PART, DE LA PREDICTION DE L'ETAT DE DENSIFICATION DU MATERIAU A L'AIDE DES SIMULATIONS PLASTICINE ET NUMERIQUE. LA PREMIERE PARTIE A AINSI CONSISTE A ETABLIR UNE METHODOLOGIE PERMETTANT D'ACCEDER A LA RHEOLOGIE DES FEUILLARDS DANS LES CONDITIONS D'ELABORATION DU MATERIAU COMPOSITE. CETTE METHODOLOGIE A ETE MISE AU POINT ET VALIDEE POUR LES ALLIAGES DE TITANE TA6V ET B21S. L'INFLUENCE DE L'HISTOIRE THERMOMECANIQUE PARTICULIERE DES FEUILLARDS, ET DONC DE LEUR MICROSTRUCTURE PROPRE, A ETE MISE EN EVIDENCE. AFIN DE MODELISER LE PROCEDE, DEUX VERSIONS DU CODE FORGE2 ONT ETE DEVELOPPEES POUR INTEGRER LES CONDITIONS GEOMETRIQUES ET MECANIQUES DE CE DERNIER. LA PREMIERE, VISCOPLASTIQUE, MET EN EVIDENCE L'INFLUENCE DES FROTTEMENTS ET DE LA RHEOLOGIE SUR LES TEMPS DE COMPACTION DE MATERIAUX PARTICULIERS (FIBRES PARFAITEMENT ALIGNEES OU EN QUINCONCE). LA SECONDE VERSION, ELASTO-VISCOPLASTIQUE, S'APPUYANT SUR UNE DISTRIBUTION STATISTIQUE DES RENFORTS, PERMET LA SIMULATION DU PROCEDE INDUSTRIEL. ON A AINSI PU DEMONTRER L'IMPORTANCE DE LA PRISE EN COMPTE DES MOUVEMENTS DES FIBRES, AINSI QUE L'INDEPENDANCE DU TEMPS DE COMPACTION VIS-A-VIS DU NOMBRE DE PLIS DU MATERIAU COMPOSITE. LES RESULTATS DES SIMULATIONS SONT EN BON ACCORD AVEC DES ESSAIS INDUSTRIELS DE CONSOLIDATION
Author: Mahmoud Ghandtchi
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Languages : fr
Pages : 87
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Book Description
ESSAIS PORTANT SUR LA REALISATION D'EPROUVETTES APPROPRIEES AUX ESSAIS DE TRACTION, FLEXION ET FLAMBAGE. DETERMINATION DES MEILLEURES FORMES A ADOPTER POUR LES EXTREMITES D'EPROUVETTES SERVANT A LEUR ANCRAGE. MISE AU POINT D'UNE METHODE DE CALCUL DE LA FORCE CRITIQUE DE FLAMBAGE. PROGRAMME FORTRAN CORRESPONDANT
Author: Laurent Servant
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Languages : fr
Pages : 206
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Book Description
UNE ETUDE EXPERIMENTALE DES PROPRIETES OPTIQUES DE COMPOSITES ALEATOIRES CONSTITUES DE PARTICULES DE TAILLE COMPARABLES A LA LONGUEUR D'ONDE DISPERSES DANS UNE MATRICE TRANSPARENTE DE KBR EST PRESENTEE. LES FACTEURS HEMISPHERIQUES DE REFLEXION ET DE TRANSMISSION SONT MESURES EN FONCTION DE LA LONGUEUR D'ONDE, DE LA TAILLE, DE LA NATURE (GE, TIO2 OU PBTE) ET DE LA CONCENTRATION DES PARTICULES. ON PROPOSE D'INTERPRETER LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DANS LE CADRE DE L'APPROXIMATION DU TRANSPORT DIFFUSIF DES PHOTONS, UTILISEE POUR DES PARTICULES DIFFUSANT LE RAYONNEMENT DE MANIERE ANISOTROPE. ON MONTRE QUE CETTE APPROCHE PEUT ETRE APPLIQUEE A DES MILIEUX CONSTITUES DE PLUSIEURS TYPES DE PARTICULES: L'EXEMPLE DE COMPOSITES TERNAIRES KBR-GE-TIO2 EST PRESENTE
Author: Tarik El Kabir
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Languages : fr
Pages : 112
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Book Description
Les matériaux quasicristallins (QC) présentent des propriétés mécaniques intéressantes, telles une dureté et un module d’Young élevés, ce qui en fait de bons candidats en tant que renforts pour les matériaux composites à matrices métalliques. Ce travail a pour but l’élaboration et l’étude des microstructures et propriétés mécaniques de matériaux composites à base Al renforcés par des particules QC. Des composites à matrice Al3Mg2, Al, Al-Cu-Mg et Al-Mg-Si renforcés par 50% vol. de particules QC Al-Cu-Fe ont été élaborés par infiltration sous pression de gaz. Les composites obtenus sont complexes et présentent de nombreuses phases résultant de la diffusion de l’aluminium et du cuivre. Ces composites sont caractérisés par des contraintes d’écoulement élevées et une fissuration précoce, quelle que soit la température de déformation. Deux composites à matrice aluminium renforcés par des particules QC ont été élaborés par compression isostatique à chaud (HIP). En fonction de la température d’élaboration, nous avons obtenu des matériaux biphasés, l’un renforcé par des particules tétragonales w-Al-Cu-Fe et l’autre par des particules i-Al-Cu-Fe. Ces matériaux présentent des propriétés mécaniques améliorées par rapport à la matrice seule. La forte dépendance de s0.2% en température observée dans le composite Al/w suggère que la déformation plastique est contrôlée par des mécanismes thermiquement activés. En revanche, pour le composite Al/i, la contribution des contraintes internes au durcissement du composite est à prendre en compte en plus des mécanismes thermiquement activés.
