Description multi-échelles du comportement mécanique d'un matériau cellulaire composite sous sollicitations sévères. Application aux agglomérés de liège pour l'aéronautique.

par Louise Le barbenchon

Thèse de doctorat en Mécanique-matériaux (AM)

Sous la direction de Philippe Viot, Jean-Benoit Kopp et de Jérémie Girardot.

Thèses en préparation à Paris, HESAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur , en partenariat avec I2M Institut de Mécanique et d'Ingénierie (laboratoire) et de Paris, ENSAM (établissement de préparation de la thèse) .


  • Résumé

    Dans une optique d'allègement des structures, l'amélioration et le renforcement des matériaux deviennent des préoccupations grandissantes dans l'aéronautique et l'aérospatial. L'adéquation de certains matériaux à balayer un large spectre de propriétés physiques permettrait d'apporter des gains de masse substantiels sur de nombreuses applications existantes. Le liège aggloméré est un de ces matériaux polyvalents grâce à sa composition chimique et sa structure cellulaire naturelle. Il est ainsi aujourd'hui considéré pour des applications d'absorption de choc et l'ajout de renforts fibrés pourrait être une piste d'amélioration de ses performances. L'étude de la capacité d'absorption de ce matériau selon la température et la vitesse de déformation permet d'affiner la compréhension du comportement mécanique de matériaux cellulaires polymériques multi-échelles lors de sollicitations sévères. La caractérisation de la structure à différentes échelles a mis en évidence le caractère fortement hétérogène des agglomérés de liège ainsi qu'une structure mésoscopique fortement orientée. Des essais mécaniques en régime quasi-statique réalisés à différentes échelles d'observation ont montré le rôle prépondérant de cette mésostructure sur les mécanismes de déformation, d'endommagement et de rupture, en compression comme en traction à rupture. Pour étudier l'influence couplée de la vitesse de sollicitation et de la température, le comportement visco-élastique des matériaux constitutifs des aggloméré a été étudié grâce à des essais vibratoires à double balayage en temps et en température (essais DMA). Un montage spécifiquement conçu pour ces travaux a permis de réaliser des essais de compression en régime dynamique (70 à 250 s-1) à différentes températures (de 20 à 73°C) afin de tenter de décorréler effet matériau et effet structure dans la dépendance des matériaux cellulaires polymériques à la vitesse de déformation.

  • Titre traduit

    Multi-scale description of the mechanical behaviour of a composite cellular material under severe loading. Application to cork agglomerates for aeronautics.


  • Résumé

    In order to lightening structures, the improvement and reinforcement of materials are becoming a growing concern in the aeronautics and aerospace industries. The suitability of certain materials to sweep across a wide spectrum of physical properties would make it possible to bring substantial mass savings to many existing applications. Agglomerated cork is one of these versatile materials thanks to its chemical composition and natural cellular structure. It is thus today considered for shock absorption applications and the addition of fibre reinforcements could be a way of improving its performance. The study of the absorption capacity of this material according to temperature and strain rate allows us to refine our understanding of the mechanical behaviour of multi-scale polymeric cellular materials under severe loading. The characterisation of the structure at different scales has highlighted the highly heterogeneous character of cork agglomerates as well as a strongly oriented mesoscopic structure. Mechanical tests in quasi-static regime carried out at different scales of observation showed the predominant role of this mesostructure on the mechanisms of deformation, damage and rupture, in compression as well as in tension at breakage. In order to study the coupled influence of strain rate and temperature, the visco-elastic behaviour of the materials making up the agglomerates was investigated using double sweep vibration tests in time and temperature (DMA tests). A set-up specifically designed for this work made it possible to carry out compression tests in dynamic regime (70 to 250 s-1) at different temperatures (from 20 to 73°C) in order to try to decorrelate material and structure effects in the dependence of polymeric cellular materials on the strain rate.