Durabilité de collages structuraux pour applications optiques spatiales en environnements thermiques

On the durability of structural adhesive bonds in thermal environments : application to space-oriented optical systems

• Auteur / Autrice : Vincent Dumont
• Direction : David Thévenet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 11/02/2020
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Safran Reosc (Saint-Pierre-du-Perray, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Roux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Maire, Claudiu Badulescu, Georgios Stamoulis, Anthony Lefèvre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Lauro, Evelyne Toussaint

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microanalyse par émission X

Microstructure (physique)

Matériaux -- Essais dynamiques

Rupture, Mécanique de la

Modèles mathématiques

Propriétés thermomécaniques

Adhésifs

Assemblages collés

Astronomie -- Instruments

Mots clés libres

Assemblages collés

Loi de comportement

Mécanique de la rupture

Contraintes résiduelles et thermiques

Caractérisation microstructurale

Tomographie à rayons X in-situ

Bonded assemblies

Behaviour law

Fracture mechanics

Residual and thermal stress fields

Microstructural characterisation

In-situ X-ray tomography

Résumé

Le collage structural est une technique d’assemblage se retrouvant dans de nombreux secteurs industriels du fait de ses divers avantages. Il est entre autres possible de réaliser aisément des assemblages multi-matériaux grâce à ce procédé, ce qui est un avantage certain dans la conception de structures de haute technologie, comportant de nombreux éléments de tailles, matériaux et fonctions variables. Les systèmes optiques présents dans les télescopes (actuels comme futurs) sont autant d’exemples parlants de ce type d’applications, nécessitant à la fois fiabilité dans le temps et connaissance précise des propriétés des adhésifs utilisés. Ces systèmes optiques sont soumis à des chargements thermomécaniques variés, impliquant divers phénomènes à diverses échelles du comportement des adhésifs. Pour apporter de nouveaux éléments de réponse à ces questionnements opérationnels et scientifiques, une caractérisation des propriétés mécaniques d’assemblages collés sous différents environnements thermiques a été réalisée, de manière à étudier l’influence de la température sur les propriétés élastiques, viscoélastiques et viscoplastiques d’un adhésif. Les paramètres d’une loi viscoélastique-viscoplastique spectrale ont ainsi été identifiés. Par ailleurs, les taux de restitution d’énergie critiques Gc dans le plan mode I / mode II ont également été étudiés en fonction de la température via une méthode alternative aux standards ISO et ASTM. Enfin, une étude poussée de la microstructure de joints collés a été réalisée au moyen de mesures de microtomographie aux rayons X, mettant en évidence divers phénomènes liés à la polymérisation et à la croissance de porosités.

Structural bonding is an assembly technique found in many industrial fields due to its various advantages, including its multimaterials bonding capabilities. This aspect is definitely an advantage regarding the design of high-tech structures, with many elements of varying sizes, materials and functions. The optical systems found in telescopes (not only current but also future) are examples of this type of application, requiring both reliability over time and precise knowledge of the properties of the adhesives. These optical systems are subjected to various thermomechanical loads, involving various phenomena at various scales of the behaviour of the adhesive. A thorough characterisation of the mechanical properties of bonded assemblies under various thermal loadings was carried out to answer these industrial and scientific issues. In particular, the influence of temperature on the elastic, viscoelastic and viscoplastic properties was investigated, through the identification of the parameters of a viscoelastic-viscoplastic spectral law. The critical strain energy release rates Gc in the mixed-mode plane I / II were also studied as a function of the temperature using an alternative method to the ISO and ASTM standards. Finally, a detailed study of the microstructural properties of bonded joints was carried out by means of in-situ X-ray microtomography, highlighting various phenomena related to polymerisation and pore growth.