Thèse en cours

ABRAS AERO - Modélisation et caractérisation thermomécaniques des performances tribologiques de structures aéronautiques métalliques et composites lors d'un frottement-usure à haute énergie (atterrissage d'urgence)
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Auteur / Autrice : Serge Penaherrera
Direction : Éric Deletombe
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
Ecole(s) doctorale(s) : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCube - Laboratoire de mécanique multiphysique et multiéchelle

Résumé

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En cas d'atterrissage d'urgence d'aéronefs, l'appareil se pose et termine sa course « sur le ventre », jusqu'à l'arrêt. Des éléments de structure, en particulier le fuselage et les moteurs, ou des éléments dédiés, subissent dès lors des sollicitations extrêmes d'un point de vue mécanique et thermique. Ces sollicitations sont induites par le frottement de la structure sur le tarmac, et se traduisent par différents mécanismes d'usure et d'échauffement. Ces phénomènes sont très complexes à appréhender et à modéliser, car ils sont dynamiques, destructifs, multiphysiques et multiéchelles. Leur identification et leur caractérisation constituent un véritable défi, à l'intersection des domaines de la physique des matériaux et de la dynamique des structures. Se pose en plus au chercheur la question du changement d'échelle, puisqu'il faudrait pouvoir caractériser ces phénomènes d'usure et d'échauffement en laboratoire, à une échelle inférieure à celle de l'aéronef en situation réelle, dans un souci de faisabilité scientifique et opérationnelle (limitation du temps, du coût, etc, des essais). Les enjeux industriels posés par cette problématique sont importants, car ils sont liés aux risques de destruction de la structure, de feu, etc., auxquels peuvent être exposés les passagers lors de tels atterrissages d'urgence trains rentrés. Ces risques sont aujourd'hui traités grâce aux retours d'expérience pour les structures métalliques, mais ils restent mal connus pour les structures composites de plus en plus utilisées dans les structures primaires d'aéronefs. Qui plus est, la course constante vers la réduction de la masse des appareils, pour des raisons économiques et environnementales, pose la question de l'optimisation multi-objectifs de ces structures : les performances à l'abrasion et au transfert de chaleur de ces structures ou composants dédiés participent donc de la réflexion globale de conception. Les travaux de thèse concerneront plus particulièrement l'étude, la modélisation théorique (pour l'extrapolation échelle 1) et la caractérisation expérimentale de l'abrasion des différentes familles de matériaux structuraux (alliage d'aluminium, composites à renforts de fibres de carbone) au contact d'une contre-face béton. Plus particulièrement, ils concerneront le développement et la mise en œuvre d'instrumentations métrologiques et d'outils d'exploitation numériques avancés, nécessaires à validation de scénarios tribologiques et à la quantification précise de bilans de matière et d'énergie, résultats d'expériences jugées représentatives de mécanismes d'abrasion attendus à l'échelle 1. Il sera en particulier fait usage de l'imagerie visible et infrarouge rapide, ce qui constitue un des points durs et l'originalité du sujet de thèse.