Influence du vieillissement en atmosphère confinée sur la prédiction de la durée de vie des joints adhésifs

Influence of ageing in confined atmosphere on life prediction of adhesive joints

• Auteur / Autrice : Alexandre, Alain Jouan
• Direction : Andrei Constantinescu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides
• Date : Soutenance le 01/02/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMS - Laboratoire de Mécanique des Solides - Laboratoire de mécanique des solides
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Jury : Président / Présidente : Renald Brenner
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andrei Constantinescu, Véronique Doquet, Yann Marco
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Erwan Verron, Alexander Lion

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fatigue

Matériaux -- Détérioration

Polymères -- Rupture

Méthodes d'homogénéisation numérique

Viscoélasticité

Collage (matériaux)

Mots clés libres

Joint adhésif chargé

Viscoélasticité non-Linéaire

Homogénéisation

Faciès de rupture

Vieillissement

Tenue en fatigue

Filled adhesive joint

Non-Linear viscoelasticity

Honogenization

Fracture surface

Ageing

Fatigue strength

Résumé

L’industrie pétrolière s’intéresse aujourd’hui à la possibilité de remplacer certaines brasures par des joints adhésifs rendus conducteurs par leur fort taux de charges conductrices dans les outils électroniques. Ces outils évoluent aujourd’hui à des hauts niveaux de température et de pression pendant leur vie en service. L’utilisation de joints adhésifs pose donc automatiquement la question de leur fiabilité à long terme. L’étude de leur tenue en fatigue, et de l’influence du vieillissement sur cette tenue en fatigue devient nécessaire pour le déploiement final de ces joints. Cette thèse se propose de répondre à une double question : la prédiction de la durée de vie de deux colles commerciales dans les outils électroniques et l’influence du vieillissement de ces colles sur cette prédiction. Deux vieillissements différents ont été mis en œuvre : un vieillissement à l’air libre et un vieillissement inerte (sous argon) confiné.Dans un premier temps, une caractérisation expérimentale du comportement viscoélastique des colles a été menée. Elle met en particulier l’accent sur les non-linéarités induites par les deux paramètres de chargements retenus que sont le cisaillement et la pression hydrostatique.Dans un deuxième temps, une étude plus fine de la microstructure a été effectuée numériquement. Une série d’hypothèses de modélisation a été faite. Les résultats de ces calculs - plutôt qualitatifs - permettent de dégager les tendances sur l’influence de la présence des charges conductrices sur la réponse macroscopique du joint adhésif.Enfin, la tenue en fatigue des joints et sa dépendance à leur vieillissement a été abordée expérimentalement. L’influence de l’atmosphère et du confinement pendant le vieillissement sur l’évolution de la tenue en fatigue a été mise en évidence pour les deux colles étudiées dans cette thèse. Les résultats obtenus ont permis de proposer des lois de fatigue dont certains paramètres dépendent du vieillissement.

The substitution of soldering by electrically conductive adhesive bonding in electronic assemblies is of growing interest in the oil-and-gas industry. These electronic assemblies should nowadays work at high temperature and pressure levels during their service lives. The question of the long-term reliability of adhesive bonding becomes in this context a critical issue. The study of the fatigue strength of adhesive joints as well as the influence of ageing on this strength is therefore crucial for the final deployment of adhesive bonding. This work aims at addressing this fatigue lifetime prediction for two different commercial adhesives in electronic tools, and studying the influence of ageing on the lifetime prediction. Two types of ageing were implemented: an open-air ageing and a confined inert ageing (under Argon).An experimental characterization of the viscoelastic behavior of the two adhesive joints was first carried out. In particular, the non-linearities due to each of the loading parameter (simple shear and hydrostatic pressure) were highlighted and modeled.The microstructural heterogeneity brought by the metallic conductive fillers was then numerically studied. The numerical model introduces several approximations that make the results qualitative, but they highlight the influence of the fillers on the global macroscopic behavior of the adhesive joint.The question of the fatigue strength of adhesive joints and its evolution with ageing is finally experimentally addressed. The influence of the atmosphere and confinement of ageing on the lifetime prediction is clearly noticed for the two joints studied in this work. Fatigue criteria with some of the parameters evolving this ageing are proposed to fit the results experimentally obtained.