Comportement mécanique d'un composite 3D Carbone/Carbone : Caractérisation et modélisation du comportement de l'ambiante jusqu'à haute température.

par Capucine Billard

Projet de thèse en Mécanique

Sous la direction de Éric Martin et de Olivier Caty.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de Sciences Physiques et de l'Ingénieur , en partenariat avec Laboratoire des Composites ThermoStructuraux (laboratoire) et de Mécanique et thermique (equipe de recherche) depuis le 21-02-2019 .


  • Résumé

    Les composites 3D-Carbone/Carbone sont utilisés dans les secteurs de l'aérospatial et l'aéronautique (col de tuyère de propulsion, bouclier thermique, disques de frein…) en raison de leurs excellentes propriétés thermomécaniques et leur résistance à l'ablation à très haute température. En effets ces matériaux présentent une faible dilatation thermique jusqu'à 2000°C, ce qui est une des propriétés les plus importante pour les thermostructuraux. Le matériau étudié ici est un composite carbone/carbone 2,5D, c'est-à-dire qu'il est constitué de nappe de fibres carbone stratifiées et orientées dans les directions XY et aiguilletées dans la direction Z avant d'être densifié pour déposer la matrice en pyrocarbone. Ces matériaux présentent une architecture très complexe et subissent plusieurs traitements thermiques qu'il est important de maîtriser pour comprendre l'influence des différents paramètres sur son comportement thermomécanique jusqu'à 2000°C. L'objectif de ce travail est donc de comprendre le comportement thermoélastique et les possibles phénomènes de fluage à très haute température en tenant compte de la structure et des endommagements initiaux afin d'établir un modèle prédictif multi-échelles de ces comportements. Pour mettre en œuvre la caractérisation mécanique à chaud du composite, un moyen de traction pouvant s'intégrer dans un tomographe et monter jusqu'à 2000°C a été développé. Cela permettra d'observer en trois dimensions pour comprendre les phénomènes d'endommagements au cœur du matériau (porosités et propagation des fissures), les interfaces à mettre en place et les paramètres qui les influences. Ainsi, en se basant sur les modèles multi-échelles déjà développés sur des matériaux similaires et en intégrant les observations issues du tomographe un modèle numérique prenant en compte l'évolution des endommagements au cœur de l'échantillon pourra être établi.

  • Titre traduit

    Thermomechanical behavior of a 3D-C/C composite for aerospatial application : characterization and modeling from 25°C to 2000°C.


  • Résumé

    3D C/C composites are used in space and aeronautics fields for their excellent thermomechanical properties from room temperature to very high temperatures (> 3000◦C). Indeed, these materials depict a low thermal expansion up to 2000°C, which is one of the most important parameter for thermostructural material. The material studied here is a 2.5D carbon / carbon composite, that is to say that it consists of a layer of carbon fibers laminated and oriented in the XY directions and needled in the Z direction before being densified for deposit the matrix in pyrocarbon. These materials have a very complex architecture and undergo several heat treatments that it is important to understand the influence of the various parameters on its thermomechanical behavior up to 2000 ° C. The purpose of this work is to understand the thermomechanical behavior at very high temperature taking into account the structure and the initial damages in order to establish a multiscale predictive model of these behaviors. To implement the hot mechanical characterization of the composite, a traction device that can be integrate into a tomograph and climb up to 2000 ° C has been developed. This will allow to observe in three dimensions to understand the phenomena of damage (porosity and crack propagation) in the heart of the sample and/or in under a certain load, the interfaces to be put in place and the parameters that influence them. Thus, based on multi-scale models already developed on similar materials and integrating the observations from the tomograph a numerical model taking into account the evolution of the damage at the heart of the sample can be established.