Endommagements maitrisés par choc laser symétrique et désassemblage des collages

par Marine Scius-Bertrand

Thèse de doctorat en Mécanique-matériaux (AM)

Sous la direction de Laurent Berthe et de Laurent Videau.

Soutenue le 14-12-2021

à Paris, HESAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur , en partenariat avec Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) (laboratoire) , Paris, ENSAM (établissement de préparation de la thèse) et de Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Laurent Gallais.

Le jury était composé de Laurent Berthe, Laurent Videau, Michel Arrigoni, Catherine Gardin, Konstantinos Tserpes.

Les rapporteurs étaient Michel Arrigoni.


  • Résumé

    L'utilisation croissante de matériaux composites et de leurs assemblages collés soulève de nouveaux défis. Dans le domaine de l'aéronautique, pour être qualifiée apte à voler, chaque pièce doit être inspectée avant et pendant son utilisation à l'aide de contrôles non destructifs. Les appareils réalisant ces contrôles sont aujourd'hui calibrés sur des défauts non représentatifs de délaminages réels, ce qui est un verrou à l'automatisation des inspections. En addition, il n'existe pas à ce jour de procédure de désassemblage des collages qui soit à la fois générique et maitrisée tout en n'impliquant pas l'utilisation de dissolvants chimiques. L'extension du procédé de test d'adhérence par choc laser (LASAT) aux désassemblages des collages et à la création de délaminages contrôlés répond à ces défis. Cette thèse s'intéresse donc à la maîtrise et à l'optimisation de ces deux procédés sur composites à travers un contrôle des ondes de choc depuis leur formation par la détente du plasma jusqu'à leur propagation dans le matériau pour créer des zones de traction aux endroits désirés. Les travaux que nous avons réalisés sur l'interaction laser-matière ont permis de caractériser le plasma et d'extraire des lois de pression pour une large gamme de paramètres. Une caractérisation expérimentale des matériaux composites sous chocs et des différentes couches thermo-protectrices est ensuite présentée avec une évaluation numérique de la contrainte transmise au matériau. Par ailleurs, un effort a été fait sur la caractérisation des endommagements en utilisant plusieurs techniques (micro-tomographie X, ultrasons et observations directes). Enfin, la démonstration des procédés a été réalisée à travers le désassemblage d'échantillons applicatifs et par la création d'un délaminage contrôlé en forme d'avion d'une dizaine de centimètres dans un composite.Mots-clés : Chocs laser, Interaction laser-matière, Endommagements maîtrisés, Contrôles non destructifs, Désassemblage.

  • Titre traduit

    Controled damage using symetric laser choc and disassembly of bonding


  • Résumé

    New challenges come with the increasing use of composite materials and their assembly. To be qualified to fly, the material integrity needs to be assessed by means of Non-Destructive Testing (NDT). However, the lack of reference standards with real delamination holds back the development of automatized defect detection. Moreover, there is no selective disassembly process which does not involve the use of chemical solvents. The use of the LASer Adhesion Test (LASAT) for the creation of controlled damages and disassembly of bonded composites is a promising method. This PhD focuses on mastering and optimizing those two processes via shock wave control. We study the creation of shock waves with plasma expansion, their propagation into the material, and creation of stress zones at the desired position. Our study of laser matter-interaction enables plasma characterization and extraction of temporal pressure profiles for a large choice of laser parameters. The experimental characterization of composite materials under laser shock with different additional layers is detailed together with a numerical evaluation of the strain transmitted to the target. Work on damage detection and measurements was done with the use of several techniques (X-ray Computed Tomography, Ultrasonic testing and transversal microscopic observation). Finally, the process capabilities were shown by the disassembly of titan/composite bond and the creation of a plane shaped delamination into a composite.Keywords : Laser shock, Laser-matter interaction, Controlled damages, Non Detructives Testing, Desassembly.


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