Etude du phénomène de déconsolidation des matériaux composites à matrice thermoplastique en relation avec le procédé de consolidation

Study of thermoplastic matrix composites deconsolidation phenomenon by considering the consolidation process

• Auteur / Autrice : Komi Amedewovo
• Direction : Steven Le Corre, Arthur Levy, Laurent Orgéas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 18/07/2023
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Thermique et Energie de Nantes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Basile Parscau du Plessix, Anaïs Barasinski, James Kratz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Julien Bruchon, Xavier Colin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites

Mots clés libres

Composite thermoplastique

Porosité

Contrainte résiduelle

Thermoplastic composite

Porosity

Residual stress

Résumé

Le phénomène de déconsolidation seproduit dans un composite thermoplastiquelorsque celui-ci est réchauffé au-delà d’unecertaine température. Si un confinementmécanique insuffisant est appliqué pendant cechauffage, il peut alors apparaître des poressous différentes formes (bulles, fissures,délaminages, etc.) qui vont dégrader trèsfortement la tenue mécanique des pièces. Ceproblème est particulièrement important dansles procédés continus tels que la dépose debandes, ou plus particulièrement le soudage, carles pièces à assembler sont chauffées, au moinslocalement, au-delà de leur température defusion. Il est ainsi parfois nécessaire d’appliquerune certaine contrepression, de valeur malconnue, tout au long du processus de soudage.Ceci complique sensiblement la mise en oeuvrede ces technologies. La compréhension de ladéconsolidation, sa modélisation et lessolutions optimales pour y remédier sontaujourd’hui peu étudiées, bien que lephénomène soit désormais bien identifiéindustriellement. Ce travail de thèse s’intéressedonc à la compréhension de l’origine physiquede la déconsolidation ainsi que les différentsmécanismes en jeu depuis l’apparition despores jusqu’à leur croissance, à l’aide d’étudesexpérimentales. Pour se faire, trois dispositifsinnovants ont été développés (OMICHA,CODEC, InCODETO), permettant decaractériser finement aux échelles macro etméso les conditions thermomécano-diffusif dela déconsolidation. Les résultats fournissent lacompréhension physique nécessaire pour unemodélisation du phénomène et une meilleuremaîtrise des procédés de soudage par fusion.

Deconsolidation occurs in athermoplastic composite when it is heatedabove a certain temperature. If a lowmechanical constraint is applied during thisheating, pores may appear in various forms(bubbles, cracks, delamination, etc.) which willseverely degrade the mechanical strength of theparts. This problem is particularly important incontinuous processes such as in situconsolidation, or welding, since the parts beingjoined are heated, at least locally, above theirmelting temperature. Therefore, it is sometimesnecessary to apply a counter pressure, ofunknown value, throughout the welding process.This complicates significantly the implementationof these technologies. The understandingof deconsolidation, its modeling and the optimalsolutions to prevent it are little study today,although the phenomenon is now well identifiedindustrially. This thesis is thus interested inunderstanding the physical origin ofdeconsolidation as well as the differentmechanisms involved from the appearance ofpores to their growth, through experimentalinvestigations. To do so, three innovativeexperimental benches have been developed(OMICHA, CODEC, InCODETO), allowing tofinely characterize at macro and meso scalesthe thermomechanical-diffusive conditions ofdeconsolidation occurence. The results providethe physical understanding necessary for amodeling of the phenomenon and a bettercontrol of fusion welding processes.