Les normes européennes d'émissions de CO2 étant de plus en plus contraignantes, les constructeurs automobiles cherchent, entre autres, à alléger leurs véhicules pour en diminuer la consommation. Ainsi, le remplacement des pièces métalliques par d'autres réalisées à partir de matériaux moins denses tels que les matériaux composites polymères chargés en fibres courtes est de plus en plus utilisé dans l'industrie automobile. Cependant, lors du processus de conception, les ingénieurs sont confrontés à des difficultés lors de la modélisation numérique de la réponse vibro-acoustique de ces pièces et/ou assemblages. En effet, ces matériaux sont très sensibles aux paramètres extérieurs tels que la température, la fréquence de sollicitation et l’humidité. De surcroît, leur comportement dépend également du procédé d’injection utilisé qui influe sur leur microstructure et plus particulièrement sur l’orientation et la dispersion des charges renforçantes. De fait, leur modélisation numérique est complexe et la confrontation aux mesures expérimentales non satisfaisante. Dans ce travail de recherche, l'influence des paramètres ambients sur le comportement dynamique d'un carter d'huile réalisé en polyamide 6 renforcé à 35\% en masse de fibres de verre a été étudiée. Les caractérisations mécaniques et microstructurales locales ont été effectuées afin d'investiguer les relations entre la microstructure et les propriétés de ces matériaux. Un modèle numérique a alors été développé sur la base de ces études expérimentales et a permis d’évaluer l'influence de la microstructure sur le comportement vibratoire d'un système modèle "plaque". Enfin, des corrélations calculs/essais ont été réalisées pour confronter la méthode de modélisation numérique aux mesures. Ces études ont permis de mettre en exergue la sensibilité de ces matériaux à leur environnement, d’établir une hiérarchisation de l'influence des différents paramètres sur leur comportement vibratoire et de proposer une méthodologie numérique basée sur la caractérisation expérimentale des éléments constitutifs pris séparément. / As European standards for CO2 emissions are becoming more stringent, car manufacturers are seeking, among other strategies, to lighten their vehicles to reduce their consumption. Thus, the replacement of metal parts by others made from lighter materials such as polymeric composite materials filled with short fibers is increasingly used in the automotive industry. However, during the design process, engineers face difficulties when trying to numerically model the vibro-acoustic response of these parts and / or assemblies. Indeed, these materials are very sensitive to external parameters such as temperature, loading frequency and humidity. In addition, their behavior also depends on the injection process which has an influence on their local microstructure and more particularly on the orientation and dispersion of the reinforcing fillers. In turn, their numerical modeling is complex and the comparison with the experimental measurements unsatisfactory. In this research work, the influence of the ambient parameters on the dynamic behavior of an oil pan made of polyamide 6 reinforced with 35\% by mass of glass fibers was studied. Local mechanical and microstructural characterizations were performed to investigate the relationship between the microstructure and the properties of these composite materials. A numerical model was then developed on the basis of these experimental studies and allowed to evaluate the influence of the microstructure on the vibratory behavior of a model plate system. Finally, computation / test correlations were performed to compare the numerical modeling method to the measurements. These studies have made it possible to highlight the sensitivity of these materials to their environment, to establish a hierarchy of the influence of the various parameters on their vibration behavior and to propose a "low cost" numerical methodology based on the experimental characterization of constituent elements taken separately.

Cette thèse, qui s’inscrit dans le cadre du projet ANR Eco-Tech TRIPTIC, a eu comme objectif de contribuer au tri industriel en cadence de polymères contenant des traceurs détectables grâce à leurs propriétés en fluorescence X ou UV. Dans un premier temps, étant donné que le coût des traceurs choisis pour l’étude TRIPTIC est assez élevé, nous avons réalisé une étude préliminaire, avec des particules modèles de silice, visant à optimiser la dispersion de charges dans une matrice polypropylène/éthylène propylène rubber (PP/EPR). Nous avons montré que l’extrusion à taux de cisaillement élevé est une technologie efficace permettant une dispersion homogène de charges de tailles micro ou nanométriques. Dans un deuxième temps, après optimisation des conditions de dispersion, nous avons extrapolé nos résultats à la dispersion de particules de traceurs UV dans différentes matrices thermoplastiques. Nous avons montré que la dispersion de 1000 ppm de particules de traceurs, de tailles micrométriques, dans des matrices polypropylènes, en extrusion à haute vitesse (N= 800 rpm), n’a pas d’impact sur les propriétés mécaniques et physico-chimiques des mélanges tracés, ainsi que sur la photo-dégradation sous rayonnement UV. Cette fine dispersion a non seulement permis la conservation des propriétés des polymères tracés mais aussi une bonne détection dynamique, tant en fluorescence X qu’UV, sur un prototype conçu par des partenaires du projet (Pellenc Selective Technologies, CEA-LITT et ENSAM- LCPI). Enfin, nous avons validé l’extrusion à haute vitesse pour compatibiliser des mélanges de polymères ternaires (PP/EPR)/PE (polyéthylène) pouvant correspondre à la valorisation de polymères post-consommation, par exemple dans l’hypothèse où on souhaite recycler (PP/EPR) et PE ensembles. Les propriétés prometteuses des mélanges obtenus doivent leur permettre de trouver des applications dans l’industrie automobile, par exemple. Cette voie est d’un grand intérêt pour les applications industrielles, car elle permet d’envisager des propriétés mécaniques élevées pour les polymères recyclés. Elle ouvre aussi de nouvelles perspectives pour l’élaboration de matériaux allégés, obtenus à partir de matières vierges ou recyclées. / This thesis, which is part of the ANR Eco-Tech TRIPTIC project, had the objective of contributing to industrial sorting rate of polymers containing tracers detectable by their fluorescence X or UV properties. At first, given that the cost of tracers selected for TRIPTIC study is quite high, a preliminary study is conducted with models of silica particles to optimize the dispersion of fillers in polypropylene / ethylene-propylene rubber (PP / EPR) matrix. It was found that processing under high shear rate is an effective technology for accomplishing a homogeneous dispersion of micro or nanoscale fillers. In a second step, after optimization of dispersion conditions, our results are extrapolated to the dispersion of UV tracer in different thermoplastic matrices. It was shown that the dispersion of 1000 ppm of micrometer tracer particles, in polypropylene matrices, extruded at high shear rates (N = 800 rpm), has no impact on the mechanical and physico-chemical properties as well as in the photo-degradation of the polymer after UV irradiation exposure. This fine dispersion was beneficial not only for the conservation of the properties of traced polymers but also for achieving a good dynamic detection of UV or X tracers using a prototype developed by the project partners ( Pellenc Selective Technologies , CEA- LITT and ENSAM - RPI ). Finally, high shear processing has successfully used to the compatibilization of ternary blends ( PP / EPR ) / PE (polyethylene) which may correspond to the post-consumer polymers. This technique has proved to be an effective method to produce polymer blends with unique mechanical properties. This novel strategy of compatibilization is of a particular interest, especially for industrial application prospects. It also opens new perspectives for materials lightening as well as “high shear recycling” of immiscible polymers.

Ce travail propose une nouvelle approche de la description des phénomènes physiques qui interviennent dans le cadre de la modélisation de l'interaction plasma-isolant. Pour cela un code de calcul de dynamique moléculaire à été réalisé pour décrire les mécanismes fondamentaux qui régissent cette interaction à l'échelle microscopique.<br />Une étude fondamentale de la dynamique moléculaire, basée sur l'utilisation des méthodes numériques particulières comme les intégrateurs symplétiques et l'exploitation des différents potentiels d'interactions existants (Morse, Lennard-Jones...), a abouti à deux modèles de polymère : le polyéthylène ou PE (CH2)n. Le premier modèle dit simplifié consiste à considérer un groupement CH2 comme un atome fictif de masse molaire 14g, tandis que le second plus complet traite la dynamique de l'atome d'hydrogène au sein de la macromolécule. Ces deux modèles sont utilsés, dans le cadre de ce travail, pour diverses interactions.<br />Par ailleurs, des mesures expérimentales de perte de masse des matériaux polymères qui interagissent avec un plasma, créé par l'explosion d'un fil de cuivre, sont exposées. Ces résultats sont corrélés par des calculs théoriques de thermodynamique qui montrent une différence de comportement des deux polymères testés : le polyéthylène et le polyoxyméthylène, POM ou Delrin (CH2O)n.

Les travaux de recherche que je mène depuis une dizaine d'années, au Laboratoire d'Ingénierie des Matériaux de Bretagne, portent principalement sur deux domaines : la modélisation des procédés de mise en forme des matériaux métalliques et la simulation du comportement de matériaux polymères. Sachant que les conditions d'emplois et de mise en forme des matériaux sont de plus en plus sévères, l'objectif de ces thématiques est d'améliorer la caractérisation et la modélisation du comportement mécanique des matériaux. Tout d'abord, en cherchant à intégrer des phénomènes mécaniques mal maîtrisés (effets de la vitesse de chargement élevée, sensibilité à la température et dépendance du chemin de chargement) ensuite, en développant des méthodes expérimentales ad hoc permettant de mesurer ces phénomènes, et enfin, en mettant en oeuvre des stratégies numériques originales, en tentant de simuler au mieux ces phénomènes. Ces travaux, s'effectuant dans des domaines de transformations finies, un formalisme en grandes transformations s'appuyant sur la description du mouvement du solide par les coordonnées matérielles entraînées a d'abord été précisé. L'étude de l'intégration temporelle du taux de déformation dans différents repères objectifs a montré l'importance du repère en rotation logarithmique et que la dérivée dans le repère corotationnel n'en était qu'une approximation. Ces restrictions à l'esprit, la modélisation de la prédiction du retour élastique lors de la mise en forme des alliages d'aluminium et de la prise en compte de la température au cours de ces étapes a pu être évaluée à travers le test d'ouverture d'un anneau découpé dans un godet cylindrique. L'influence combinée des modèles de comportement, des paramètres numériques, des modes de découpe numérique et du type de modélisation thermomécanique a été analysée, montrant qu'il reste encore des progrès à réaliser pour la modélisation du retour élastique. Enfin, un modèle de comportement d'Hyperélasto-Visco-Hystérétique, discernant les phénomènes mécaniques observés grâce à plusieurs contributions en contrainte, a été appliqué sur deux matériaux polymères. Une méthode d'identification simple, rapide et nécessitant un seul essai de chargement interrompu par des phases de relaxation a permis de montrer l'existence dans ces matériaux des effets de la viscosité, de l'hyperélasticité et d'une partie hystérétique non-visqueuse. La prise en compte des effets de la température s'est également avérée concluante.