Madame Olga Klinkova, maitre de conférences à ISAE‑Supméca soutiendra son Habilitation à Diriger des Recherches le mardi 9 novembre 2021 à 14h dans l’amphi 3 sur le thème Endommagement des structures hybrides collées.
Résumé
Les travaux présentés dans cette HDR portent l’analyse des endommagements des structures hybrides (multi-matériaux, dont l’un est composite à matrice organique) assemblées par collage. En service, ces structures sont souvent soumises à plusieurs contraintes opérationnelles qui sont en général d’origine mécanique et environnementale. Ma recherche se situe à l’interface entre la mécanique de la rupture et la mécanique de l’endommagement. Afin de comprendre les phénomènes multi-physiques liés aux assemblages multi-matériaux multi-échelles eux-mêmes, hétérogènes, très souvent non isotropes, je me suis d’abord intéressée aux polymères purs. Ces matériaux organiques sont notamment utilisés en tant qu’adhésif. Ils peuvent être renforcés par une marquisette permettant d’assurer une fluidité maîtrisée, mais aussi d’assurer une épaisseur constante du film de colle. Ma démarche m’a conduit à m’intéresser à de nombreuses questions, qui sont autant de verrous scientifiques : Quelles sont les méthodes adéquates pour mesurer l’endommagement (initial et diffusif)? Comment l’endommagement évolue en présence d’une sollicitation mécanique, d’un gradient thermique ou de l’humidité? Comment la microstructure sphérolitique des polymères semi-cristallins est liée à la germination de l’endommagement et à sa propagation? Connaissant les mécanismes d’endommagement, peut-on prédire la durée de vie? Comment assurer un bon collage? À quelle échelle faut-il modéliser, afin de capter les phénomènes physiques qui se passent dans les assemblages collés? Durant 9 ans, j’ai essayé d’approfondir ces questions en combinant la durabilité et la durée de vie de point de vue expérimental, analytique et numérique. Les observations tomographiques à haute résolution des polymères nous ont permis de mettre en évidence les mécanismes d’endommagement, le lien entre les paramètres du procédé de mise en œuvre, la microstructure et le type de sollicitation. Par la suite, j’ai orienté une partie de mes activités de recherche, notamment par le biais de collaborations industrielles, vers la prédiction de la durée de vie des assemblages collés contenant un endommagement. Cette prédiction passe par une caractérisation expérimentale adéquate couplée aux calculs analytiques et numériques. La cinétique de propagation de fissure sous sollicitations dynamiques a été caractérisée expérimentalement pour le mode I (traction normale au plan de fissure) et mode II (cisaillement parallèle au plan de fissure et perpendiculaire au front de fissure). Un banc d’essais a été conçu pour cela en accord avec des exigences industrielles (aéronautique), dans des conditions environnementales (hygro-thermiques) contrôlées. L’originalité du banc réside dans la possibilité de piloter des essais dynamiques à taux de restitution d’énergie imposée, ce qui permet de s’affranchir de la dépendance du taux de restitution d’énergie à la longueur du dommage. D’autre part, une modélisation analytique et numérique de l’assemblage à l’échelle mésoscopique a été mise en place pour une bande de convoyeur endommagée en service et réparée par collage d’un patch. Ce modèle couplé hygro-thermo-mécanique rapide peut être adapté pour de nombreuses structures hybrides, à condition de connaître les propriétés des matériaux de chaque couche (propriétés mécaniques, gonflement en présence d’humidité, loi de diffusion de l’humidité ainsi que les coefficients de dilatation thermique). Le collage dépend de plusieurs paramètres intriqués, dont le traitement de surface des substrats et la nature des constituants. Nous avons mis en place un protocole de caractérisation de la surface traitée passant par la mesure de la rugosité, de la mouillabilité et de l’énergie libre de surface, validé sur les composites et les aciers. Cela nous a permis de faire de bons choix en termes de préparation de la surface et d’assurer la performance du collage. La tolérance aux dommages est abordée par la suite. Le recueil d’articles présente les principaux axes selon lesquels s’organisent mes travaux. Pour poursuivre ces travaux, plusieurs perspectives se dégagent. Tout d’abord, je souhaite consolider les modèles développés, en travaillant sur les hypothèses fortes de calculs, afin de pouvoir décrire la physique de façon plus réaliste. Puis, appliquer des méthodes fiabilistes sur les paramètres mesurés. Des idées transversales sont proposées, liés à la caractérisation de l’endommagement tribologique et la surveillance de la santé avec des systèmes mécatroniques. Un axe de recherche sur le recyclage mécanique nous permettra d’établir le lien entre les combinaisons de mélanges de matière vierge/recyclé et des propriétés physiques des composites obtenus.
Mots-clés
# assemblage
# collage
# composites
# endommagement
# durée de vie
# durabilité
# modélisation
