Étude expérimentale et modélisation micromécanique du comportement de nanocomposites à renforts plaquettaires

par Ludovic Cauvin

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Djimédo Kondo et de Moussa Naït-Abdelaziz.

Soutenue le 07-12-2009

à Lille 1 .


  • Résumé

    Les nanocomposites, et plus particulièrement les nanocomposites à renforts plaquettaires, offrent de remarquables propriétés mécaniques. La maîtrise de leur comportement mécanique repose sur une bonne compréhension des mécanismes de déformation en jeu, ainsi que des relations liant leur microstructure à leur réponse à l’échelle macroscopique. L’importance de cette nouvelle classe de matériaux, ainsi que le faible nombre de travaux actuellement disponibles sur leur comportement mécanique ont motivé les travaux présentés dans ce mémoire. Ceux-ci concernent aussi bien la caractérisation expérimentale que la modélisation micromécanique, tant en régime élastique linéaire que pour les réponses non linéaires. On présente d’abord les différentes classes de nanocomposites, et tout particulièrement les nanocomposites à renforts plaquettaires. Puis on décrit les résultats des tests mécaniques réalisées sur un nanocomposite à matrice polypropylène et renforts de nano plaquettes d’argile de Montmorillonite. Afin de fournir une évaluation de la pertinence des méthodes d’homogénéisation linéaires usuellement mises en œuvre, les résultats fournis par le modèle de Mori-Tanaka et par la borne de Ponte Castañeda et Willis sont confrontés à des données expérimentales bibliographiques ou obtenues au cours de cette thèse. Ces confrontations ont permis de démontrer à la fois l’intérêt et les limites des modèles mis en œuvre ; elles ont été aussi à l’origine des investigations permettant de rendre compte des effets de taille de nano renforts, au travers d’une élasticité surfacique du type Gurtin-Murdoch.

  • Titre traduit

    Experimental characterization and micromechanical modeling of the behavior of nano platelet-reinforced nanocomposites


  • Résumé

    Nanocomposites and especially nanocomposites with platelet reinforcements have remarkable mechanical properties. The development of this class of materials requires an understanding of the deformation mechanisms involved in the mechanical behavior and of the link between materials microstrusture and their macroscopic properties. Experimental data and modeling tools of their mechanical behavior are still rare. This has motivated the present study which includes both an experimental characterization and micromechanical modeling in linear regime as well as for non linear response. We first present the different class of nanocomposites and their properties, and especially for the nanocomposites reinforced by nano platelets. Then we show the results of mechanical tests conducted on nanocomposites made up of polypropylene reinforced by montmorillonite clay nano platelets. In order to provide a rigorous evaluation of homogenization techniques classically used for composites, the predictions of Mori-tanaka estimate and Ponte Castañeda and Willis bound are compared to experimental data from bibliography or from tests performed during this thesis. These comparisons allowed to demonstrate the interest of the implemented methods and to show their limits for the description of the nanocomposite behavior. They have motivated the implementation and the evaluation of models which account for size effect of the nano reinforcements by means of a Gurtin-Murdoch type surface elasticity.


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