Proposition de sujet de thèse Titre : Caractérisation expérimentale et modélisation du comportement multiphysique de composites à matrice polymère dopés par des nanoparticules Proposé par M. Haboussi, P. Franciosi De manière croissance les composites polymères remplacent avantageusement les alliages métalliques dans différents secteurs industriels. Ces substitutions sont motivées par la réduction de poids et donc de consommation d’énergie que l’emploi des matériaux composites, plus légers et aux propriétés adaptées aux besoins, permet d’entrevoir. Ainsi dans le domaine aéronautique par exemple, le nouveau porteur A380 d’Airbus est fabriqué à hauteur de 22% en composite à matrice polymère. Les éléments structuraux composites sont alors conçus de manière à supporter des sollicitations mécaniques bien identifiées. Seulement, pour être accepté, un matériau composite doit posséder, en plus d’une bonne tenue mécanique, d’autres propriétés dites fonctionnelles. En restant dans le domaine aéronautique, on peut citer comme propriétés fonctionnelles, les résistances à la corrosion, chimique et à l’humidité, le comportement satisfaisant vis à vis du feu en cas d’incendie, une stabilité des propriétés structurelles en fonction de la température, et aussi une bonne conductivité électrique (et donc thermique), surtout dans le cas des nouveaux porteurs comme le A380 et Dreamliner, embarquant plus de systèmes électriques (remplaçant les systèmes hydrauliques et pneumatiques toujours dans un objectif de réduction de poids). La conductivité électrique est alors très importante pour permettre à certaines pièces composites de l’avion, précédemment faites en aluminium, de continuer à assurer des fonctions électriques (retour de courant, évacuation des courants de fuite, des courants de foudre, protection de l’équipement interne de l’avion contre des sources externes de bruit électromagnétique en agissant comme une grande cage de Faraday). Cependant, les composites à matrice polymère ne sont pas naturellement de bon conducteurs électrique et thermique. Une solution, pour résoudre ce problème, sans sacrifier une partie de la réduction de poids qui découle de l’utilisation des matériaux composites, consiste à doper les propriétés de transports électrique et thermique de ces matériaux, par l’incorporation dans ces derniers de particules (nanométriques) qui apporteraient les propriétés manquantes, sans trop augmenter le poids de l’ensemble. Deux types de particules permettent de réaliser ce dopage de propriétés : les métalliques et les nanotubes de carbones (NTC). En plus des propriétés spécifiques des particules employées, différents facteurs comme la dispersion, l’orientation et la fonctionnalisation de ces dernières vont conditionner les propriétés finales du composite. Nous souhaitons dans cette thèse développer une méthodologie expérimentale, théorique et numérique pour analyser et comprendre les propriétés multiphysiques (mécaniques, thermiques et électriques) de matériaux composites dopés par des nanoparticules, en établissant le lien entre leurs propriétés et la structure interne. Pour y arriver, on envisage un plan de travail en plusieurs étapes : - D’abord, élaborer des nanocomposites modèles avec différentes teneurs en nanoparticules (NTC ou métalliques). Il s’agira pour nous dans cette étape de maitriser, dans la mesure du possible, tous les paramètres d’élaborations (choix des polymères pour la matrice, caractéristiques des nanoparticules, méthode de dispersion, fonctionnalisation) qui de faite auront des répercussions sur les propriétés finales du composite. - Ensuite, caractériser expérimentalement les propriétés à différentes échelles du système matériel étudié. Il s’agira dans cette partie d’analyser de manière fine la structure interne du composite en mettant à profit les différents moyens d’observation dont nous disposons (MO, MEB, MET), ainsi que d’autres techniques d’analyse comme la spectroscopie Raman ou Infra Rouge. Les propriétés mécaniques comme la rigidité ou la ténacité et de transport (conductivités électrique et thermique) des matériaux analysés précédemment seront mesurées. On s’attachera à mettre en évidence l’apport des nanoparticules dans l’évolution des propriétés de ces matériaux et surtout faire le lien entre leurs propriétés macroscopiques et la structure interne. Enfin développer une modélisation multi-échelle (théorique et numérique) en mesure de prédire les propriétés multiphysiques mesurées du matériau composite à matrice polymère dopé par des nanoparticules en tenant compte de l’architecturation de celui-ci. Pour mener à bien ce travail, des collaborations sont prévues au sein même du laboratoire et à l’extérieur de celui-ci. Contacts : HABOUSSI Mohamed ; [email protected]; [email protected]; Tél. 0149403470 FRANCIOSI Patrick ; [email protected]; Tél. 0149403502