Thèse soutenue

Comportement mécanique longitudinal et transverse, micro-mécanismes de déformation et effet de la température sur la fibre Kevlar® 29

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Auteur / Autrice : Judith Wollbrett-Blitz
Direction : Jacques RenardSébastien JoannèsAlba Marcellan
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
Date : Soutenance le 21/11/2014
Etablissement(s) : Paris, ENMP
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
Jury : Président / Présidente : Philippe Colomban
Examinateurs / Examinatrices : Jacques Renard, Sébastien Joannès, Alba Marcellan, Damien Durville, Peter Davies
Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Baley, Serge Bourbigot

Résumé

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Concevoir des moyens de mobilité plus sûrs et plus légers est un défi majeur des constructeurs automobiles. Dans ce contexte, l'intégration des matériaux dans le pneumatique a elle aussi été soumise à de nouvelles exigences : concilier performances et économie d'énergie. Les renforts traditionnels à forte densité comme les tréfilés d'acier sont peu à peu et en partie remplacés par des matériaux polymères hautes-performances plus légers tel que le para-aramide. Le Kevlar® est le nom industriel du composé polyamide aromatique : poly(paraphénylène téréphtalamide), intégré à l'architecture du pneumatique sous forme d'un fil torsadé. La structure rigide et fortement orientée de l'aramide confère à ce polymère de hautes performances mécaniques, telles qu'un module élevé dans la direction longitudinale, de l'ordre de 85GPa, et une grande résistance mécanique de plus de 2.8GPa. Les hautes performances de cette fibre de 15 micromètres de diamètre sont dues à son organisation multi-échelles isotrope transverse avec des liaisons covalentes dans la direction longitudinale et des liaisons de plus faibles énergies dans la direction radiale. L'objectif de cette étude est de comprendre, à l'échelle de la fibre unitaire, les corrélations entre l'architecture microstructurale et la réponse mécanique dans les directions longitudinale et transverse. Une approche expérimentale multi-échelle a été adoptée (Extensometrie Raman, DRX, MEB, caractérisation mécanique sur fibre unitaire), couplée à l'outil numérique afin d'apporter des nouveaux éclairages sur les micro-mécanismes de dissipation. Ce travail a mené à une identification expérimentale du comportement mécanique anisotrope ainsi qu'à établir une limite de plasticité transverse. De plus, grâce à l'approche numérique, une architecture cœur/peau a été mise en avant en modélisant le comportement par une loi viscoélasto-viscoplastique anisotrope. Enfin, des éléments sur le couplage thermo-mécanique sont apportés en vue de mieux comprendre le cycle de vie de la fibre au sein du pneumatique.