Recherche Avancée

Thèse soutenue

Étude expérimentale et modélisation microstructurale de l'évolution des propriétés électriques d'un matériau composite en cours de déformation

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Auteur / Autrice : Lionel Flandin
Direction : Jean-Yves Cavaillé
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences et Génie des matériaux
Date : Soutenance en 1998
Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

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L'essentiel de ce travail a porte sur l'etude des relations entre la microstructure et les proprietes macroscopiques de composites particulaires a proprietes electriques contrastees. L'objectif etait de mettre au point une methode de suivi in situ de l'evolution de microstructure de tels materiaux. Pour ce faire, ce travail s'est deroule suivant trois axes principaux. Dans un premier temps, de nouveaux composites ont ete mis en uvre dont les phases presentent un contraste eleve du point de vue de leurs proprietes electriques et mecaniques. Ces materiaux ont ete elabores en associant un latex filmogene et une suspension de polymere conducteur intrinseque (le polypyrrole). Les charges conductrices ont ete obtenues par polymerisation du pyrrole en milieu aqueux par voie chimique. Celles-ci presentent, au choix, un facteur de forme eleve ou egal a un, grace, respectivement, a une polymerisation originale a la surface de monocristaux de cellulose et une polymerisation plus classique, conduite en presence d'un stabilisant. Dans un deuxieme temps, une simulation numerique a ete developpee qui permet de rendre compte des proprietes de transport electriques de ces milieux en courant alternatif. Cette simulation est basee sur le modele rc decrit dans la litterature a laquelle une echelle de longueur dans la definition des resistances et des capacites des circuits modelisant les composites a ete ajoutee. Dans un troisieme temps, une methode de suivi de l'endommagement du squelette percolant de ces materiaux par une mesure des proprietes electriques a ete mise au point. Une evolution des proprietes electriques contradictoire avec un endommagement purement limite au reseau percolant, a pu etre comprise qualitativement, comme resultant d'un effet geometrique de rearrangement des charges. Afin d'eliminer cet effet nous avons decide d'effectuer des mesures similaires sur des composites particulaires presentant une matrice rigide. Cette etude de composites a matrice epoxy charges en noir de carbone a montre, dans l'etat non deforme, un desaccord flagrant avec les predictions du modele statistique de percolation. Une transition brutale entre un etat isolant avec une faible permittivite et un autre a conductivite elevee a, en particulier, ete mesuree et reliee a une evolution drastique de microstructure. Cette transition a pu etre verifiee par des observations microstructurales et comprises qualitativement a l'aide de potentiels d'interaction empruntes a la science des colloides.