Développement de senseurs par l'intégration de nanoComposites Polymères Conducteurs (CPC) pour le suivi de déformation et d'endommagement des structures composites

par Colin Robert

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Jean-François Feller et de Mickaël Castro.

Soutenue en 2013

à Lorient , dans le cadre de École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (2007-2016) (autre partenaire) .

mots clés

• Nanotubes
• Composites polymères
• Conducteurs organiques
• Déformations (mécanique)
• Rupture, Mécanique de la
• Microcapteurs

Résumé

De nos jours, la présence de structures composites dans de nombreux domaines d'application, tels que le génie civil et l'industrie nautique, est expliquée par leurs propriétés mécaniques et leur faible densité. Toutefois, les composites sont enclins à subir des ruptures brusques et catastrophiques à cause de leur comportement intrinsèquement fragile. Ainsi, il est nécessaire d'être informé sur la santé des composites et de prévenir l’apparition de dommages. Les nanoComposites Polymères Conducteurs (CPC) s’avèrent être de ce point de vue d’excellents candidats. Les CPC sont des matériaux intelligents qui combinent amélioration des propriétés mécaniques et suivi de déformation et de santé des structures. D’autre part, l'industrie nautique qui a toujours été à la pointe des technologies composites constituant les bateaux de courses au large soumis à une rude concurrence technologique devrait pourvoir bénéficier de l’intégration de la technologie de senseurs CPC. Dans cette thèse, le procédé d’élaboration de CPC développé, i. E. , le spray en couche par couche (sLbL) représente une rupture par rapport aux procédés existants dans la littérature. Cette technologie, a permis d’obtenir des capteurs de déformation fiables et de suivre la santé de structures composites. L’adaptabilité de la technique sLbL a permis de démontrer la faisabilité du suivi de déformation et d'accumulation de dommages lors de sollicitations mécaniques sur différents supports nautiques, comme des haubans en fibres de carbone, des composites structuraux renforcés en fibres de carbone et des voiles tissées.

Titre traduit

Development of sensors by the integration of Conductive Polymer nanoComposites (CPC) for strain monitoring and damage assessment of composite structures

Résumé

Nowadays, the presence of composites structures in numerous fields of applications, such as civil structures and nautical industry, is due to their advantageous mechanical properties/weight ratio. However the intrinsic brittle behaviour of composites is prone to their catastrophic failure. Thus, there is a need to monitor the health of composites to prevent their destruction. Conductive Polymer nanoComposites (CPC) appear to be good candidates in this perspective. CPC are smart materials, which can combine mechanical properties reinforcement, strain sensing and structural health monitoring. Meanwhile, the nautical industry has always been at the forefront of composite technologies and nowadays race boats include a severe technological competition. Therefore the input of the CPC technology in the nautical industry seems relevant and open up future perspectives. In the present thesis, an original CPC processing method has been developed in the light of existing CPC processing strategies. The technology, called spray Layer by Layer (sLbL), allowed the development of suitable and reproducible strain sensors capable of structural health monitoring. The versatility of the sLbL technique gave the opportunity to monitor the strain and the damage accumulation during mechanical testing on various nautical supports such as carbon shrouds, structural carbon fibre reinforced composite or woven sails.