Parmi les trois chapitres de cette thèse, le premier est consacré à une étude bibliographique sur la durabilité des assemblages collés. Il décrit notamment les principaux modèles d'endommagement et les méthodes d'optimisation permettant d'identifier les paramètres du modèle. Le second chapitre présente la théorie prévisionnelle retenue ainsi qu'une étude paramétrique pour mieux cerner la signification physique des coefficients du modèle. Le dernier chapitre confronte les simulations théoriques avec différentes campagnes expérimentales. Une approche inverse est d'abord mise en oeuvre pour identifier les paramètres théoriques dans le cas d'assemblages collés sollicités en traction ou en cisaillement. La même approche est ensuite utilisée pour identifier le comportement en fluage d'assemblages soumis à un vieillissement accéléré. Les valeurs des paramètres correspondants aux états initiaux et vieillis sont enfin analysées à la lumière des évolutions microstructurales du joint adhésif.

Depuis quelques années, l'industrie automobile s'intéresse au développement d'adhésifs crashs. Ces produits donnent aux assemblages collés des performances exceptionnelles en tenue mécanique statique, en fatigue et en tenue au crash. Ces adhésifs sont formulés pour s'adapter de façon optimale aux procédés de mise en œuvre de l'industrie automobile. L'objectif de l'étude est de déterminer les mécanismes d'adhésion, au cours d'un vieillissement humide, pour différentes chimies de surface et la cinétique des phénomènes engendrant des variations des niveaux d'adhérence et des modes de rupture. Dans cette thèse, des systèmes industriels, le test de traction-cisaillement et le cataplasme humide ont été retenus. Une approche combinant chimie et physique de l'adhésif, de l'acier galvanisé et du joint de colle a été menée. Cette approche multi-technique a permis de mettre en évidence les phénomènes responsables de la perte d'adhérence d'un assemblage acier galvanisé/adhésif crash au cours d'un vieillissement hygrothermique. L'interphase apparaît comme la zone la plus sensible aux contraintes mécaniques avant et après quelques jours de vieillissement. En revanche, pour des temps de vieillissement plus importants, la couche de corrosion devient la zone de faible cohésion. L'étude de l'influence de la chimie de surface des substrats d'acier galvanisé sur les propriétés d'adhérence des assemblages collés montre une meilleure réactivité et donc une meilleure tenue mécanique des substrats contenant davantage de zinc et d'hydroxydes que d'aluminium et d'oxydes. Une attention plus particulière a été portée sur la caractérisation fine de la chimie de surface des aciers galvanisés. / Since few years, automotive industry tends to develop crash adhesives. By bonding metal sheets with a continuous bead of crash adhesive, automotive manufacturers can significantly improve both body stiffuess and crashworthiness. The crosslinking conditions of the adhesive on industrial surface (galvanized steel) without cleaning correspond to those used industrially (Electrocoat product). The aim of this work is to determine adhesion mechanisms during hydrothennal ageing for different surface chemistry and kinetics of phenomena generating variations of adhesion levels and failure locus. For this study industrial materials (galvanized steel and epoxy crash adhesive), lap-shear test and humid cataplasm were selected. An approach combining chemistry and physics of the adhesive, substrate and joints was led. This multi-technical approach can be of major interest for the study of phenomena responsible of adhesion loss for adhesively bonded joints in moist environment. So the failure is located in a metal/polymer interphase during the first period of ageing then the failure shifts within a surface layer of corrosion products. The influence of surface chemistry of galvanized steel substrates on metal/polymer adhesion was also studied. The results show a better reactivity and consequently better mechanical properties for substrates with zinc and hydroxides than aluminum and oxides. In this approach, a precise characterization of surface chemistiy was led by XPS methodology.

Dans I'industrie spatiale, I'optimisation des structures composites du point de vue cycles de fabrication, gain de masse et amélioration des performances passe aujourd'hui par I'introduction de jonctions collées en remplacement/complément de liaisons boulonnées ou rivetées. Les lanceurs sont des structures complexes qui nécessitent de prendre en compte les contraintes liées à la fabrication de structures de grandes tailles, I'influence des conditions de transport et de stockage, ainsi que les différents spectres de chargements thermo-mécaniques rencontrés au cours de la phase de lancement. Le but de ce travail a été de développer un outil prédictif du comportement mécanique de I'adhésif Hysol EA-9321, matériau utilisé dans cette étude, à tout instant du cycle de vie de la structure sur lequel il est utilisé, la structure SYLDA. La caractérisation et la modélisation d'un couplage thermo-cinétique d'un tel adhésif ont tout d'abord été réalisées en vue de déterminer la distribution du taux de polymérisation et de la température dans un assemblage collé quel que soit le chargement thermique appliqué. Le comportement mécanique de l'adhésif a ensuite été étudié expérimentalement via I'essai Arcan Evolution, ce qui a constitué une base de données expérimentales à divers taux de polymérisation adaptée à I'identification du modèle de comportement. Plusieurs modèles élasto-plastique et élasto-visco-plastique basés sur celui de Mahnken-Schlimmer ont été implantés dans un code de calcul éléments finis afin de prédire le comportement 3D de l'adhésif Hysol EA-9321. Une procédure globale d'identification, basée sur un couplage entre calculs éléments finis et une procédure d'optimisation, a permis d'identifier les différents paramètres des lois de comportement. Une extension de ces modèles à la visco-élasticité a été numériquement proposée. Enfin, une comparaison numérique entre une liaison conique et une liaison semblable à celle trouvée sur la structure spatiale étudiée a permis de proposer un essai représentatif du comportement de I'adhésif sur un tel assemblage. Cet essai servira, dans une étude complémentaire, à valider les modèles de comportement développés. / In the aerospace industry, composite structures are nowadays optimized with adhesively bonded joints supplemented by/or completed with mechanical fasteners such as bolts, rivets or welds. The structural design of launch vehicles is complex and must take into account lot of constraints related to large-scale structures, influence by environment conditions during storage, transport stages and thermo-mechanical stresses applied during launcher's flight. The purpose of this work was to provide a numerical tool for predicting the mechanical behaviour of the Adhesive Hysol EA-9321 in a spatial bonded assembly such as the SYLDA structure during its life course. First of all, a thermo-kinetic coupling was experimentally and numerically investigated to describe the couple (curing degree-temperature) in a bonded assembly regardless of the thermal load applied. Then, an experimental database was made by studying the mechanical behaviour of the adhesive under proportional loadings, using the Arcan Evolution experimental device. Cure-dependent elastoplastic and elasto-visco-plastic model based on Mahnken-Schlimmer constitutive laws were proposed in order to describe the 3D mechanical behaviour of the adhesive Hysol EA-9321. A global identification strategy allowed identifying material parameters by coupling finite element computations and optimization procedure. An extension of those models to the visco-elasticity was evenly provided. At last, a conical bonded joint and a bonded assembly in the SYLDA structure were numerically compared to propose a test representative of the adhesive behaviour in the SYLDA. The latter will aim at validating the constitutive laws established.