Caractérisation et modélisation de l’adhérence dans les assemblages collés

Characterization and modelling of the adhesive strength in bonded joints

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Sauvage
• Direction : Michel Nardin, Maëlenn Aufray
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 18/10/2016
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale pluridisciplinaire Jean-Henri Lambert, ED 494 (Mulhouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Sciences des Matériaux de Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colles

Adhésion (physique)

Adhésifs

Mots clés libres

Assemblages collés

Collage

Adhérence

Rupture adhésive

Flexion 3 points

Colle époxyde

Modélisation assemblages collés

Éléments finis

Bonded assemblies

Bonding

Adherence

Adhesive failure

3-point bending

Epoxy adhesive

Modelling bonded assemblies

Finite elements

Résumé

Cette thèse porte sur le développement d’un essai mécanique pour la caractérisation de l’adhérence d’une colle à un substrat. L’enjeu est d’étudier les différentes méthodes de la caractérisation de l’adhérence dans les assemblages collés et de pouvoir modéliser le comportement associé. La première partie de la thèse consiste en une étude bibliographique des essais mécaniques permettant de caractériser l’adhérence. Ceux-ci sont classés en distinguant les essais en propagation et ceux en initiation de rupture. Cet état de l’art fait ressortir l’intérêt de l’utilisation de l’essai de flexion 3 points et de butt joint pour cette étude. La seconde partie de la thèse présente les différents matériaux utilisés et les différents traitements de surface permettant de faire varier l’adhésion des adhésifs au substrat. La troisième partie présente le cœur de ces travaux de thèse qui est l’essai de flexion 3 points. L’étude montre que cet essai de flexion 3 points permet, avec les adhésifs de l’étude, d’initier systématiquement une rupture adhésive localisable à la surface du substrat. Une approche énergétique a permis de déterminer un critère d’adhérence indépendant des paramètres physiques des matériaux et des dimensions de l’éprouvette. D’autre part, il a été montré que plus l’épaisseur du substrat est fine, plus les résultats de mesure de l’adhérence sont précis. Enfin, une quatrième partie s’attèle à la modélisation numérique par la méthode des éléments finis. Les résultats obtenus montrent que la contrainte d’ouverture en mode I est celle qui initie la rupture. En conclusion, l’essai de flexion 3 points permet de mesurer l’énergie d’initiation de rupture adhésive.

This thesis deals with the development of a mechanical test for the characterization of the practical adhesion of an adhesive to a substrate. The aim is to study the different methods of characterization of the adhesive strength in bonded joints and to model the associated behaviour. The first part of the thesis consists of a bibliographic study of the mechanical tests to characterize this adhesive strength. These tests are classified by distinguishing them in propagation or in initiation of rupture. This state of the art demonstrates the advantage of using the 3-point bending and the butt joint tests for this study. The second part of the thesis presents the different materials and the various surface treatments used to vary the adhesion of adhesives to the substrate. The third part presents the core of this thesis work which is the 3-point bending test. The study shows that this 3-point bending test leads systematically to initiate a localizable adhesive rupture on the surface of the substrate, at least for the adhesives used in our study. An energy approach of the test allows to determine an adhesion criterion independent of the physical parameters of the materials and dimensions of the specimen. On the other hand, it has been shown that the thinner the substrate, the more precise the results of the adhesive strength. Finally, a fourth part is devoted to numerical modelling by the finite element method. The results obtained show that opening constraint in mode I is that which controls the rupture. In conclusion, the 3-point bending test clearly allows to measure the energy of the adhesive rupture initiation.