Influence des longueurs internes sur la tenue mécanique d'un film anti-rayure

Influence of internal lengths on the mechanical strength of a scratch-resistant film

• Auteur / Autrice : Tristan Bourrel
• Direction : Christian Gauthier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 13/04/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Sadron (Strasbourg ; 1985-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Ange Bueno, Jean Denape, Vincent Le Houérou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Christine Baietto, Didier Chicot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Matériaux -- Fissuration

Polymères

Couches minces

Mots clés libres

Rayure

Polymère

Modélisation

FEM

Critères

Films

Endommagements

Scratch

Polymer

Modelling

FEM

Croterion

Coatings

Damages

Résumé

Notre connaissance des effets d'une rayure sur les surfaces polymères reste à approfondir. L'expérimentation donne des observations précieuses des phénomènes qui apparaissent durant la rayure, cependant, l'accès aux champs de contraintes et de déformations dans le matériau n'est pas possible, ce qui est pourtant un élément clé pour la prédiction de l'amorce des fissures.Nous utilisons un essai de rayure sur des matériaux transparents, qui permet la visualisation in situ des endommagements, des dimensions de la zone de contact et du frottement. Les endommagements, en termes de craquelures, fissurations et bandes de cisaillement sont identifiés sur trois polymères massifs (PMMA, CR39 & PC). En parallèle, nous utilisons la modélisation 3D par éléments finis pour étudier la réponse mécanique pendant la rayure de ces trois matériaux polymères, afin d’identifier des critères d'amorçage de fissures. Enfin, des systèmes revêtus sont étudiés et le délaminage et la fissuration du film sont discutés. Ces considérations font entrevoir les perspectives possibles en termes de pistes d'amélioration pour la protection des substrats par dépôt de films minces.

Our knowledge of scratch effects on polymeric surfaces is still limited. The experimental approach gives precious observations of phenomena which occur during scratching, however, it does not allow to get insight the stress distribution within the material, a key feature for crack initiation prediction.A scratch test is used on transparent materials, that allows to visualize in situ damages appearance, the dimension of the contact zone and friction. The damages, in terms of crazing, cracking and shear bands are identified on three bulk polymers (PMMA, CR39 & PC).In parallel, we use 3D finite element modelling to study the mechanical response during a scratch test on these three polymeric materials, in order to identify crack initiation criteria.Finally, coated systems are studied and delamination/cracking of thin films are discussed. These considerations point to possible prospects in terms of improvement paths for the protection of substrates by thin films coating.