Thèse soutenue

Impacts et rebonds de projectiles élastiques bicomposites : une approche expérimentale, numérique et théorique
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Christophe D'angelo
Direction : Christophe RaufasteFranck Celestini
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 13/12/2021
Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Physique de Nice
Jury : Président / Présidente : Thomas Frisch
Examinateurs / Examinatrices : Christophe Raufaste, Franck Celestini, Thomas Frisch, Stéphane Dorbolo, Nicolas Vandenberghe, Laurence Viennot
Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Dorbolo, Nicolas Vandenberghe

Résumé

FR  |  
EN

Les études d’impact et de rebond d’objets sont variées et abordent des systèmes allant de projectiles modèles sphériques à de plus usuels ayant une géométrie complexe et une composition hétérogène. Ainsi, un ballon de basket sera choisi pour son bon rebond alors que l’on utilisera un marteau anti-rebond pour éviter de se blesser en l’utilisant. Dans cette thèse, je considère l’impact de projectiles sur un substrat très massique et rigide dans le but de séparer les effets qui dépendent de la composition des matériaux constituant le projectile de ceux qui relèvent de sa géométrie. En particulier, l’originalité est d’utiliser des projectiles ayant une géométrie simple, mais une constitution bicomposite présentant une partie rigide et une partie molle, qui prises séparément sont plutôt élastiques. L’accent sera mis sur la mesure du coefficient de restitution ainsi que sur certaines caractéristiques de la dynamique d’impact.Dans une première partie expérimentale, nous proposons un projectile à géométrie cylindrique constitué d’une partie rigide sur laquelle repose une partie molle. Avec de tels projectiles, nous observons que le coefficient de restitution présente une dépendance non-monotone et de nombreuses variations lorsque la proportion de la partie molle varie. Plus la partie rigide est élastique et capable de restituer son énergie de déformation, plus ces variations sont importantes. Une technique d’imagerie rapide nous a permis de mettre en évidence le phénomène de multiples rebonds : la partie rigide du projectile va rebondir plusieurs fois sur le substrat avant que le projectile ne décolle dans sa totalité. À cette étude expérimentale est associé un modèle théorique qui prend en compte un contact viscoélastique entre la partie rigide et le substrat ainsi que la propagation d’ondes dans la partie molle. Ce système simple mais original nous a permis de montrer qu’un choix judicieux de la proportion de la partie molle permet de faire rebondir un objet avec efficacité, ou alors d’amortir presque complètement son rebond.La deuxième partie de ce travail de thèse est une étude numérique. Le projectile bicomposite est modélisé par une chaîne de masses-ressorts composée de deux parties, chacune ayant une constante de raideur différente. Nous faisons varier systématiquement deux paramètres : le rapport du nombre de masses dans chaque partie et le rapport des constantes de raideur. Ces deux parties peuvent être adhésives ou non, par l’ajout ou le retrait d’un ressort. Ce système corrobore les résultats de la partie expérimentale dans une géométrie sensiblement différente, dominée exclusivement ici par la propagation d’ondes de déformation au sein du projectile. Dans le cas où le projectile est amorti, l’énergie cinétique initiale se retrouve dans les modes de déformation du projectile. Dans certains cas, une modélisation simple basée sur la propagation des ondes de déformation est possible et en accord avec les résultats numériques. Pour finir, nous avons élaboré des systèmes modèles pour l’étude de l’impact et du rebond d’objets bicomposites à des fins pédagogiques. Ces systèmes peuvent être reproduits facilement par un large panel d’enseignants. Le but est d’amorcer l’enseignement des connaissances sur la notion de rebond à un public d’étudiants ou de lycéens.