Expérimentation et modélisation numérique du comportement et de la durabilité en fatigue d'un PolyEthylène à très haute masse moléculaire (UHMWPE) à température cryogénique

Experimentation and numerical modelling of the mechanical response and durability of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) at cryogenic temperature

• Auteur / Autrice : Nathan Odou
• Direction : Lucien Laiarinandrasana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Gaucher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lucien Laiarinandrasana, Erwan Verron, Marc Ponçot, Benoit Piezel, Cristian Ovalle Rodas
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Erwan Verron, Marc Ponçot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Rupture

Matériaux -- Fatigue

Cryotechnique

Polymères cristaux liquides

Mots clés libres

Polymères semi-cristallins

Fatigue

Température cryogénique

Rupture

Transition Ductile/Fragile

Microstructures

Mise en oeuvre

Eléments finis

Polymers

Fatigue

Cryogenic temperature

Failure

Ductile-Brittle transition

Microstructure

Process

Finite element

Résumé

Ce manuscrit étudie la réponse mécanique et les mécanismes de défaillance d'un polyéthylène à masse moléculaire élevée en service à température cryogénique. La température de service Ts étant environ 50 °C en-dessous de sa température de transition vitreuse Tg , l'étude se concentre sur les techniques expérimentales permettant de déterminer la transition ductile-fragile alors qu'à Ts , la rigidité est élevée. Cette transition est étudiée à travers deux estimateurs, basés sur la surface de fracture et les données jusqu'à la rupture. Les mécanismes conduisant à la rupture ont pu être mis en évidence à l'aide d'observation tomographique notamment in-situ. Des essais de fatigues ont également permis de pouvoir décrire une courbe de fatigue de type S(N) à température ambiante, à l'aide de techniques innovantes, mais également à −163 °C. Enfin, un modèle du tuyau à géométrie complexe utilisé à température cryogénique pour le transfert de gaz naturel liquéfié a été réalisé, dont la loi de comportement a été alimentée par les données acquises expérimentalement.

This manuscript studies the mechanical response, failure mechanisms, of high molecular weight polyethylene in service at cryogenic temperature. The service temperature Ts being approximately 50 °C lower than its glass transition temperature Tg , the study focuses on experimental techniques to determine the ductile-brittle transition while at Ts , the stiffness is high. This transition is studied through two estimators, based on the fracture surface and the data until failure. The mechanisms leading to rupture could be observed using tomographic observation, particularly in-situ. Fatigue tests also made it possible to describe an S(N) type fatigue curve at ambient temperature, using innovative techniques, but also at −163 °C. Finally, a model of the pipe with complex geometry used at cryogenic temperature for the transfer of liquefied natural gas was carried out and the behavior law was supplied by the data acquired experimentally.