PROPOSITION DE SUJET DE THÈSE Intitulé : Etude de la

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PROPOSITION DE SUJET DE THÈSE
Intitulé : Etude de la dégradation et de la stabilisation de polymères en
environnement spatial géostationnaire
Référence : PHY-DESP-2017-04-SL
(à rappeler dans toute correspondance)
Laboratoire d’accueil à l’ONERA :
Branche : Physique
Lieu (centre ONERA) :
Toulouse
Département : Département Environnement
SPatial
Unité :
Environnement
Matériaux
Composants
Responsable ONERA : Simon Lewandowski
Tél. : 05 62 25 25 56
Email : [email protected]
Directeur de thèse envisagé :
Nom : Carlotti Stéphane
Adresse : 16 av. Pey Berland 33607 Pessac Cedex
Tél. : 05 40 00 27 34
Email : [email protected]
Sujet :
Les résines silicones utilisées sur les satellites sont des polymères qui entrent dans la composition de
revêtements de contrôle thermique (revêtements souples ou rigides dont la fonctionnalité est
d’évacuer des calories par rayonnement infrarouge tout en absorbant très peu le rayonnement
solaire) et dans celle d’adhésifs transparents (utilisés en grande quantité pour le collage des fenêtres
de cellules solaires). Ces résines, soumises aux agressions de l’environnement spatial dues à la
présence de photons énergétiques et de particules chargées (protons et électrons) que l’on ne
rencontre pas en atmosphère terrestre, jaunissent et se fissurent.
Récemment, la thèse de Mikaël Planes (cofinancement CNES ONERA, 2013-2016) s’est intéressée à
la stabilisation de ces résines silicones à l’environnement spatial. Ces travaux de thèse ont montré
que la stabilité UV des résines silicones pouvait être améliorée dans la gamme 250-400 nm jusqu’à
7 % par l’ajout de nanocristaux de cellulose halogénés comme additifs anti-UV et jusqu’à 12 % par
l’utilisation d’un nouveau catalyseur au platine avec des ligands aussi halogénés. Ces additifs
conduisent aussi à une augmentation non négligeable de la stabilité thermique. L’étude de
l’amélioration de la stabilité des résines aux irradiations protons, par l’utilisation de nouveaux
systèmes catalytiques ou par l’incorporation d’additifs dans le matériau, a permis de mieux
appréhender l’évolution des propriétés des résines sous irradiation ionisante. La formation de fissures
en surface du matériau, conséquence de la modification de la résine silicone en silice, semble pouvoir
être limitée par l’incorporation de polystyrène. L’explication de ce phénomène est liée à la présence
de nodules PS amorphes dispersés dans la matrice silicone et possédant un grand volume libre. Le
dépôt de surcouches protectrices en surface des résines a aussi été étudié mais sans grand succès.
La première étape du travail proposé concernera l’étude sous irradiation protons de matériaux
silicones stabilisés. Il s’agira tout particulièrement de comprendre les mécanismes de la dégradation
et de mesurer leurs impacts sur les propriétés d’intérêt technologique (optiques, thermo-optiques et
mécaniques principalement). Le but est d’optimiser l’effet de l’incorporation du polystyrène ainsi que
d’autres polymères considérés comme souples dans les résines et d’étudier plus spécifiquement
l’apport de flexibilité, en comparaison avec la silice formée, en surface de la résine silicone. Par
exemple, la synthèse de copolymères à blocs à base PDMS et d’un second bloc flexible de nature
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différente peut être envisagée pour limiter la fissuration en surface des matériaux.
Dans les travaux de thèse précédents, les solutions surcouches protectrices n’ont pas été les plus
intéressantes. Cependant, ces solutions continueront à être investiguées dans la deuxième étape du
travail proposé. En effet, l’ajout d’une surcouche spécifique, peu sensible aux protons, en surface de
l’échantillon, permettrait d’obtenir un matériau qui évoluerait faiblement lors du vieillissement. Cette
couche reproduirait le phénomène protecteur induit par la couche de silice formée au cours du
vieillissement. Des revêtements hybrides à base de silice et de polymères organiques sont envisagés
pour répondre à cette problématique.
Dans une troisième étape, une étude basée sur des polymères différents des résines silicones sera
abordée pour proposer une solution alternative d’un nouveau matériau stable en environnement
spatial, possédant des propriétés technologiques proches.
Collaborations extérieures :
- CNES
- LCPO (Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques)
- MAP (industriel)
PROFIL DU CANDIDAT
Formation : Master et/ou diplôme d'ingénieur spécialisé dans les polymères
Spécificités souhaitées : Des compétences en synthèse et caractérisation physico-chimique
des polymères sont souhaitées. Des connaissances en interaction rayonnement/matière
seraient appréciées.
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