Revêtements hybrides piézochromes pour la détection d’impact sur substrats composites

Hybrids piezochromic coatings for impact detection on composites substrates

• Auteur / Autrice : Quentin Morelle
• Direction : Laurence Rozès, Éric Le Bourhis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 15/09/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Lequeux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Étienne Duguet, Didier Lang, Stéphane Delalande
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fayna Mammeri, Bérangère Toury-Pierre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sol-gel, Procédé

Revêtements protecteurs

Anticorrosion

Propriétés mécaniques

Composites

Mots clés libres

Revêtements

Hybrides

Piézochromes

Détection

Impact

Composites

Coating

Hybrids

Piezochromic

Résumé

Les matériaux composites occupent aujourd’hui une place de plus en plus importante au sein des structures aéronautiques. Bien que ceux-ci présentent d’excellentes propriétés mécaniques pour des masses relativement faibles et une résistance à la corrosion, ils restent néanmoins sensibles aux chocs, chocs intervenant le plus souvent lors des inspections de maintenance. La présente étude porte ainsi sur l’élaboration d’un revêtement permettant de détecter la zone d’impact d’un objet tombé sur un matériau composite, par un changement de couleur. Le projet consiste donc à insérer, dans une matrice hybride sol-gel/polymère, des pigments inorganiques piézochromes/thermochromes, qui changent de couleur en fonction de la pression. Nous avons donc étudié tout d’abord séparément les différentes propriétés (mécaniques, thermiques, piézochromes) de la matrice hybride et de la matrice hybride chargée en pigment afin de déterminer l’influence de l’insertion de pigment au sein de la matrice hybride. Nous avons ensuite porté notre attention sur la matrice hybride chargée en pigment piézochrome/thermochrome pour étudier la relation entre la réponse piézochrome du revêtement et les différentes propriétés mécaniques et thermiques. Enfin, la modification de paramètres comme l’influence de traitements thermiques, la concentration en pigment, le changement de pigment, le changement de matrice et l’encapsulation de pigment ont été exploré dans le but de confirmer les tendances précédemment observées et permettre d'optimiser la réponse piézochromes.

Composite materials are more and more used in the aeronautic field. Although they exhibit good mechanical properties for a light weight and are not subject to corrosion attack, they are very sensitive to impacts. Those impacts frequently occur during maintenance operation. The present work deals with the elaboration of a coating able to detect the impact on the composite materials by a switch of coloration. In order to obtain this coating, we inserted piezochromics/thermochromics pigments in an organic/inorganic hybrid matrix synthetized by the sol-gel way. Thus, the designed piezochromic/thermochromic coating switches color under pressure. In a first place, we studied separately the different properties (mechanical, thermic, piezochromic) of the hybrid matrix and the matrix loaded with pigments. Thus we’ve been able to determine how the piezochromic/thermochromic pigments modify those properties. Then our focus was on the hybrid matrix loaded with piezochromic/thermochromic pigments to study the link between the piezochromic/thermochromic answer of the coating and the different properties of it. We also undertook to apply a thermic treatment, to change the amount of the pigment and its nature, to change the type of matrix and to use embedded pigments. This was made in order to confirm the previous trend and finally to optimized the piezochromic response.