L’étude présentée dans ce mémoire se focalise sur l’usinage de moules en matériaux composites, en considérant les problèmes d’état de surface et de gamme d’usinage. Les pièces de structure aéronautiques peuvent être obtenues par les procédés de fabrication de la famille LCM (Liquid Composite Molding). Ce procédé impose une température de fonctionnement élevée qui conduit à une dilatation du moule néfaste à la qualité de la pièce injectée. Pour remédier à ce problème, il est nécessaire de réaliser l’outillage dans un matériau à faible dilatation ou se comportant comme le matériau injecté. Pour cela, un matériau composite (Hextool™) est proposé en remplacement des moules métalliques conventionnels. L’étape d’usinage de forme est indispensable car elle donne les dimensions finales de l’outillage et conditionne le temps de polissage manuel nécessaire pour atteindre la rugosité arithmétique visée. Ce travail propose deux voies d’amélioration à travers l’étude micro-géométrique de l’opération de finition par outil coupant puis par outil abrasif. La première voie met en évidence l’existence d’une valeur minimale de rugosité accessible lors d’un usinage avec un outil coupant. L’analyse de ce phénomène permet de proposer une valeur de prise de passe radiale optimisant le ratio rugosité du moule / temps d’usinage. La deuxième conduit à la définition d’un outil abrasif utilisable sur un centre d’usinage. La faisabilité d’une telle opération et les capacités de cette technologie innovante sont discutées. Enfin, le choix des outils, des stratégies d’usinage et de la machine outil sont discutés et aboutissent à la proposition d’une gamme de référence pour l’usinage d’ébauche et de finition de moules en matériaux composites. / Presented research works deal with the milling of mold in composites materials, considering surface roughness and plan of procedure. Aeronautical structure parts could be produced by LCM (Liquid Composite Molding) processes. These processes induce high operating temperature for mold which is harmful for the dimensional quality of manufactured parts. In order to solve this problem, material with low heat elongation or with the same behavior as injected resin should be used for the mold. Thus, a composite material (Hextool ™) is proposed to replace conventional metallic molds. The milling operation produces the final dimensions of the tool and determines the time of manual polishing operation to reach the required arithmetic roughness. This work offers two ways of improvement through the study of micro-geometric surface finishing operation by cutting tool and then abrasive tool. The first way highlights the appearance of a minimum reachable value of roughness during machining with a cutting tool. The analysis of this phenomenon ensures to give an optimal value of radial depth of cut. Indeed, in this case, the best ratio surface quality / machining time is achieved. The second ensures to define an abrasive tool usable on a CNC machine tool. The feasibility of this operation and capabilities of this innovative technology are discussed. Finally, the choice of tools, machining strategy and machine tool are discussed and lead to the proposal of a reference process planning for composite molds roughing and finishing.

Le travail de thèse porte sur de nouveaux compléments et améliorations pour la théorie de la péridynamique concernant la modélisation numérique de structures minces telles que les poutres et les plaques, les composites isotropes et multicouches soumis à un chargement dynamique. Nos développements ont principalement porté sur l'exploration des possibilités offertes par la méthode péridynamique, largement appliquée dans divers domaines de l'ingénierie où des discontinuités fortes ou faibles peuvent se produire, telles que des fissures. La procédure de généralisation de la méthode Peridynamics pour la modélisation des structures de poutres de Timoshenko et des structures de plaques de Reissner-Mindlin avec une large plage de rapport épaisseur sur longueur allant de structures épaisses à très minces est indiquée. Et un impact avec une faible vitesse simplifié basé sur le modèle péridynamique développé pour la poutre de Timoshenko et la plaque de Reissner-Mindlin a été proposé en utilisant une procédure de contact spécifique pour l'estimation « naturelle » de la charge d'impact. L’originalité de la méthode actuelle réside dans l’introduction avec deux techniques permettant de réduire le problème de blocage par cisaillement qui se pose dans les structures à poutres et à plaques minces, à savoir la méthode d’intégration réduite (ou sélective) et la formulation mixte. Le modèle péridynamique résultant pour les structures de poutre de Timoshenko et les structures de plaque de Reissner-Mindlin est efficace et ne souffre d'aucun phénomène de verrouillage par cisaillement. En outre, la procédure de généralisation de la méthode péridynamique pour la modélisation de structures composites minces renforcées par des fibres est introduite. L’approche péridynamique pour la modélisation d’une couche est d’abord validée en quasi-statique, ce qui inclut des problèmes de prévision de la propagation de fissures soumis à des conditions de chargement mécaniques. La méthode péridynamique a ensuite été étendue à l’analyse de structures composites minces renforcées par des fibres utilisant la théorie fondamentale d’une couche. Enfin, plusieurs applications impliquant des structures composites minces renforcées par des fibres et des résultats numériques ont été validées par comparaison à la solution FEM obtenue à l'aide d'un logiciel commercial ou à des solutions de référence de la littérature. Dans toutes les applications, Péridynamics montre que les résultats correspondent parfaitement aux solutions de référence, ce qui prouve son potentiel d’efficacité, en particulier pour la simulation de chemins de fissures dans les structures isotropes et composites. / This thesis introduces some new complements and improvments for the Bond-Based Peridynamics theory concerning the numerical modeling of thin structures such as beams and plates, isotropic and multilayer composites subjected to dynamic loading. Our developments have been focused mainly on exploring the possibilities offered by the Peridynamic method, which has been widely applied in various engineering domains where strong or weak discontinuities may occur such as cracks or heterogeneous media. The generalization procedure of the Peridynamics method for the modeling of Timoshenko beam structures and Reissner-Mindlin plate structures respectively with a wide range of thickness to length ratio starting from thick structures to very thin structures is given. And A simplified low velocity impact based on the developed Peridynamic model for Timoshenko beam and ReissnerMindlin plate has been proposed by using a specific contact procedure for the estimation of the impact load. The originality of the present method was the introduction for the first time of two techniques for the alleviation of the shear locking problem which arises in thin beam and plate structures, namely the reduced (or selective) integration method and mixed formulation. The resulting Peridynamic model for Timoshenko beam structures and Reissner-Mindlin plate structures is efficient and does not suffer from any shear locking phenomenon. Besides, the generalization procedure of Peridynamic method for the modeling of fiber-reinforced thin composite structures is introduced. The Peridynamic approach for the modeling of a lamina is firstly validated in the quasi-statics including a crack propagation prediction problems subjected to mechanical loading conditions and then the Peridynamic method was further extended to analyze fiber-reinforced thin composite structures using the fundamental lamina theory. Finally, several applications involving fiber-reinforced thin composite structures and numerical results were validated by comparison to the FEM solution obtained using commercial software or to reference solutions from the literature. In all applications, the Peridynamics shows that results are matching perfectly the reference solutions, which proves its efficiency potentiality especially for crack paths simulation in isotropic and composite structures.

For fiber-reinforced plastic composites, fiber-matrix adhesion is a significant aspect of composite properties. While conventional lightweight structures are always aiming for high fiber-matrix adhesion, innovative and unconventional functional constructions require different concepts. The research work treating adaptive fiber-reinforced plastic composites with shape memory alloy wires presented here uses the approach of actuators freely movable within the composite. This is supposed to prevent mechanical tensions in the interfaces of actuator and composite structure, which would otherwise cause damages of the composite. This work examines hybrid yarns based on friction spinning technology, with shape memory alloy wires as their core component as well as glass fibers, and partly polypropylene, as their sheath component. Additionally, the surface properties of the shape memory alloy wires being used are modified by sanding and coating. The results of a characterization by pull-out testing clearly show that a coating of the shape memory alloy wires with an abherent causes considerable decrease in adhesion and friction in the interface and leads to the mobility of the shape memory alloy wires in the later composite. An even greater effect is attained by sheathing the hybrid yarns in an additional layer of polypropylene, compacting the yarn cross-section. Thus, the pull-out force could be reduced to 35–40% of the reference structure.

Cette thèse se concentre sur la préparation et l'étude des composites élastomères chargés avec des particules lamellaires et des liquides ioniques. Ces composites sont caractérisés par des propriétés mécaniques améliorées, une diminution du gonflement par les solvants, une faible perméabilité aux gaz ainsi que par une amélioration de la conductivité ionique. Les propriétés de structure et de surface différentes des charges lamellaires, telles que le rapport d'aspect des particules, la surface spécifique et l'activité de surface ont été analysées comme les facteurs impactant le renforcement du caoutchouc nitrile (NBR) et du caoutchouc nitrile carboxylé (XNBR). Une attention particulière a été portée aux systèmes XNBR contenant des hydroxydes doubles lamellaires (MgAI-HDL), qui varient en fonction du rapport Mg / Al et de morphologie de particules. L'application simultanée de MgAI-HDL en tant que charge et en tant qu'agent de réticulation dans XNBR ne fournit pas uniquement un produit écologique sans oxyde de zinc mais également un composite élastomère ionique avec de meilleures propriétés mécaniques, de barrière et de transparence. Cette thèse considère également les applications potentielles des liquides ioniques en tant qu'additifs multifonctionnels dans les composites élastomères afin d'obtenir une bonne dispersion des charges minérales dans une matrice polymère ainsi qu'une amélioration de la conductivité ionique des matériaux composites. La concentration optimale et le type de liquides ioniques ont été sélectionnés pour obtenir un bon compromis entre les propriétés mécaniques et la conductivité des matériaux composites de caoutchouc / This thesis focused on the preparation and the study of elastomer composites filled with layered fillers with improved mechanical properties, decreased swelling in solvents, increased UV stability and reduced gas permeability. The layered minerals were investigated not only in terms of their use as reinforcing fillers for rubbers but also as crosslinking agents, gas barrier and UV stability enhancers. The layered fillers tested belong to a class of cationic clays (natural and synthetic hectorite), anionic clays (hydrotalcites or magnesium aluminum layered double hydroxides MgAI-LDHs) and graphene-based materials. Different structural and surface properties of layered fillers were investigated as factors impacting the reinforcement of acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) and carboxylated acrylonitrile-butadiene rubber (XNBR). Special attention has been devoted to the XNBR systems containing MgAI-LDHs varying in Mg / AI ratios, layers aspect ratios and particles morphologies. It was reported that the simultaneous application of MgAI-LDH as a filler and as a crosslinking agent in XNBR provides not only environmentally friendly, zinc-oxide free product but also ionic elastomer composite with improved mechanical, barrier and transparent properties. This thesis considers also the potential application of imidazolium ionic liquids as dispersing agents in rubber matrix, plasticizers and ionic conductivity enhancers. The optimal concentration and type of ionic liquids were selected for obtaining a good compromise between mechanical and conductivity properties of rubber composites