Assemblage de matériaux composites carbone

Assemblage de matériaux composites carbone/polymère. Détection
des joints faibles par des techniques de choc produit par laser.
Laboratoires PIMM (UMR 8006, CNRS/ENSAM - http://pimm.paris.ensam.fr)
PPRIME (UPR 3346 CNRS - http://www.pprime.fr)
Cette thèse concerne l'étude de l'assemblage par collage des matériaux composites, technique qui tend peu
à peu à remplacer les procédés conventionnels d’assemblage dans l'aéronautique. L'enjeu est important
puisque les gains en masse pourraient atteindre 12%, et par conséquent des économies substantielles de
carburant sont également attendues.
L'une des questions majeures est la détection de joints faibles ou "weak bonds" produits lors de la
production et de la réparation des structures collées. En effet, il n'existe pas de techniques de contrôle
fiables permettant d'assurer la qualité de ces assemblages.
L'objectif de cette thèse est d'étudier la technique de contrôle utilisant des chocs. Elle consiste à solliciter
localement en traction les interfaces collées grâce à l’application de chocs. Ces chocs peuvent être
produits directement par plasma laser ou par impact de feuilles accélérées par plasma laser. Si la sollicitation
est plus élevée que le seuil d'adhésion, un endommagement est alors créé révélant ainsi la faiblesse du
joint. Dans la pratique, le joint endommagé devient alors détectable par les moyens de contrôle habituels
comme les techniques ultrasons. En effet, cette méthode permet de distinguer les ruptures de continuité aux
interfaces.
Par conséquent, il s'agira pour les deux procédés de développer les configurations les mieux adaptées en
fonction des propriétés des matériaux et des interfaces des assemblages. Il faudra jouer principalement sur
l'intensité et la durée du choc, c'est à dire la durée et l'intensité de l'impulsion ou l'épaisseur et la vitesse de
la feuille accélérée. Ces travaux seront basés sur des dimensionnements par simulations numériques et des
expériences instrumentées par vélocimétrie Doppler et par caméras rapides sur des assemblages modèles
(métal/colle/métal) puis des assemblages de matériaux composites.
Un second volet d'étude concernera la sensibilité de la technique aux propriétés d'adhésion. Pour ce faire,
des recherches de seuils d'adhérence seront réalisées sur des assemblages pollués à divers degrés. Un
effort sera fait pour mettre en relation les différentes caractérisations des matériaux avec les propriétés
d'adhérence. Cette thèse réalisée dans le cadre d'un projet européen (ComBoNDT) permettra aussi de
confronter les techniques de choc à d'autres techniques de contrôle non destructives des assemblages.
Les travaux s'appuieront sur des moyens expérimentaux et de simulation existants dans les laboratoires
impliqués (PIMM et PPRIME).
L'étudiant sera basé au laboratoire PIMM - Paris. Il collaborera avec les autres partenaires du projet
européen impliquant un certain nombre de déplacements en France et en Europe. La thèse sera coencadrée par deux chercheurs ; l'un du PIMM pour la partie choc et l'autre de PPRIME pour la partie
matériau du programme de recherche. S’il le souhaite, il pourra aussi enseigner à l'ENSAM.
Contact :
Laurent. Berthe, PIMM, [email protected]. Téléphone : +33 6 87 29 45 88
Fabienne Touchard, PPRIME, [email protected], Téléphone : +33 5 49 49 82 28