Caractérisation d’élastomères synthétiques par indentation instrumentée (I.I.T.) : protocoles et applications

Caracterization of synthetic elastomers by instrumented indentation testing (I.I.T.) : protocols and applications

• Auteur / Autrice : Clémence Fradet
• Direction : Stéphane Méo, Éric Le Bourhis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique et productique
• Date : Soutenance le 15/10/2019
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....)
• Jury : Président / Présidente : François Tran-Van
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gäelle Berton, Florian Lacroix, Olga Smerdova
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Noëlle Billon, Christian Gauthier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites -- Fatigue

Copolymères

Viscoélasticité

Détérioration

Produits synthétiques

Vulcanisation

Facteur de charge

Microstructure (physique)

Caoutchouc synthétique

Élastomères

Indentation des matériaux

Mots clés libres

Gradients

Instrumented indentation

Elastomers

Microstructure

Protocol

Gradients

Résumé

L’essai d’indentation instrumentée est une technique de caractérisation locale très largement développée qui a mis en lumière son potentiel considérable pour sonder le comportement des matériaux. Elle est néanmoins circonscrite aux métaux, aux céramiques voire aux polymères. De ce fait, elle est peu présente dans la littérature relatant de la mécanique des élastomères, notamment en raison de leur hétérogénéité locale et de leur viscoélasticité, qui sont responsables de biais expérimentaux non négligeables. Cette thèse a donc pour objectif premier de mettre en place un protocole expérimental robuste de manière à apporter des éléments de réponse pertinents à des problématiques industrielles concrètes. Pléthore de phénomènes locaux dans les élastomères sont de très bons candidats à l’emploi de cette technique. Ces travaux s’intéressent spécifiquement à l’influence de la micro-morphologie et de la cinématique de chargement-déchargement sur les essais d’indentation d’un élastomère synthétique. Le protocole ainsi ajusté s’est vu appliqué à des matériaux de l’industrie aéronautique et automobile pour capturer les effets locaux d’un vieillissement thermique, d’une fatigue mécanique, de différents taux de vulcanisation et des gradients interfaciaux d’un composite polymère-élastomère.

Instrumented indentation testing (IIT) is a local method of caracterization which has highlighted a significant potential to probe materials’ behaviors. Nevertheless, for now, its use has been limited to metals, ceramics or more polymers. Thus IIT is rare in literature about mechanics of elastomers, mainly due to their local heterogeneity and viscoelasticity which are responsible for non-negligible experimental bias. The first aim of this thesis is to set up a robust protocol so as to bring relevant responses to practical industrial issues. Plethora of local phenomena in elastomers are serious candidates for the application of this technique. These works deal specifically with the influence of the micro-morphology and the loading-unloading kinematics when indenting a synthetic elastomer. The established protocol has then been used on industrial materials, for aeronautic and automotive uses, so as to probe the effects of a thermal ageing, a mechanical fatigue, different vulcanization rates and interfacial gradients of a polymer-elastomer composite.