Matériaux à propriétés mécaniques et thermiques améliorées sous pression hydrostatique en utilisation aquatique

Materials with improved mechanical and thermal properties under hydrostatic pressure for aquatic usage

• Auteur / Autrice : Claire Imbert
• Direction : Jean-Jacques Robin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 30/04/2010
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Decathlon (firme)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Boutevin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Robin, Bernard Boutevin, Pierre Viallier-Raynard, Michel Delmas, Vincent Ventenat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Viallier-Raynard, Michel Delmas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Effets des hautes températures

Mousse (chimie)

Caoutchouc mousse

Composites

Mots clés libres

Mousse

Caoutchouc

Syntactique

Propriétés mécaniques et techniques

Pression hydrostatique

Foam

Rubber

Syntactic

Mechanical and thermal properties

Hydrostatic pressure

Résumé

Les matériaux aujourd'hui utilisés pour l'isolation thermique en milieu aquatique sous pression hydrostatique sont soit des mousses souples à base de caoutchoucs, soit des mousses rigides, notamment syntactiques, selon la profondeur. Ces matériaux souples ont été analysés par des tests mécaniques et thermiques classiques. Cependant, les protocoles et valeurs relevées ont été adaptés à l'usage final du produit, et plus particulièrement à l'environnement aquatique en surface et en profondeur. Les relations entre les différentes caractéristiques (structures et propriétés) de ces matériaux ont été étudiées afin de définir les propriétés adéquates selon des critères pertinents. Pour mettre en évidence les propriétés thermiques sous pression hydrostatique, un outil de test a de plus été développé : une enceinte de test hyperbare innovante, pour l'évaluation de la résistance thermique et de l'épaisseur sous pression d'eau entre 0 et 50 m de profondeur. Les points forts et faibles des matières classiquement utilisées ont été clairement établis. L'analyse de ces résultats a permis d'identifier un concept de matériau composite propre à l'usage défini. Une matière innovante a été conçue en fonction : une mousse syntactique. En variant le type de particules additionnées à une matrice thermoplastique élastomère, la structure cellulaire a été affinée pour obtenir un comportement identique en milieu aquatique, en surface comme en profondeur. En parallèle de sa production industrielle, cette matière a été testée afin d'identifier les relations entre structures et propriétés.

Materials nowadays used for thermal insulation in aquatic environment under hydrostatic pressure are either rubber flexible foams or rigid foams, especially syntactic foams, depending on depth. These flexible materials were analyzed through classical mechanical and thermal tests. However, methods and results were adapted to the final usage of the product, particularly to the aquatic environment at the surface and under depth. Relationships between structures and properties characteristics were studied to define appropriate properties within relevant criteria. Moreover, to underline thermal properties under hydrostatic pressure, a testing instrument has been developed: an innovating hyperbaric test chamber, dedicated to under water pressure thermal resistance and thickness measurements, from 0 to 50 m depth. Strengths and weak points of these classical materials have been clearly established. Results analysis lead to a new concept of composite material for the defined usage. This innovating material, a syntactic foam, has been developed. By varying the particle type added to a thermoplastic elastomer matrix, the cellular structure has been refined in order to obtain a similar behaviour in aquatic environment, at the surface like in depth. This material has been tested, parallel to its industrial production, to identify relationships between structures and properties.