La présente étude examine et compare le comportement des deux types de fibres PA66 et deux types de fibres PET à haute performance sous sollicitation en fatigue, menés jusqu'à la rupture, ainsi que la corrélation entre leurs (nano)structure et leur hétérogénéité structurale avec la durée de vie en fatigue. Plusieurs techniques ont été utilisées pour analyser les matériaux, tels que la microscopie électronique à balayage (MEB), la microanalyse EDS, la calorimétrie différentielle à balayage (DSC), la diffraction de rayons-X aux grands angles (WAXD) et la micro-spectroscopie Raman. Une analyse minutieuse des faciès de rupture en traction et en fatigue par microscopie électronique à balayage, ainsi qu'une étude de la durée de vie en fatigue ont été menées. Les résultats montrent que le processus de fatigue se produit quand l'amplitude de la charge est suffisamment grande, mais à condition que la charge minimale à chaque cycle reste inférieure à un certain seuil en contrainte. La morphologie des faciès de rupture en fatigue est différente de celles des faciès de rupture en traction ou en fluage, ce qui permet de distinguer facilement un processus de fatigue. Les fibres ont été analysées à l'état "brut de fabrication" et après rupture en fatigue afin d'observer les changements microstructuraux résultant de la sollicitation en fatigue. Les résultats seront comparés avec ceux obtenus pour des fibres sollicitées cycliquement dans des conditions où la fatigue a été annihilée. Le rôle de la microstructure des fibres déterminant la fatigue sera discuté dans ce travail et la possibilité d'améliorer leur résistance à la fatigue ou d'éliminer le processus de fatigue sera discutée.

Ce travail de thèse concerne la formulation et la mise en œuvre d'un ensimage thermoplastique, respectueux de l'environnement et utilisable à une échelle industrielle. La première étape du projet a été d'adapter les moyens et les ingrédients de formulation aux contraintes industrielles. La formule d'ensimage est basée sur une dispersion aqueuse de particules de polymère thermoplastique (PEI) obtenue par la technique d'émulsion/évaporation. Le choix de la technique de dispersion et du solvant volatil ont été les premières modifications apportées à la formulation d'ensimage qui existait à l'échelle laboratoire. Une optimisation de la dispersion aqueuse a été nécessaire pour répondre aux contraintes industrielles de stabilité, de température et de mise en œuvre. La seconde étape a été l'optimisation de la dispersion aqueuse d'ensimage par une modélisation prédictive puis sa validation expérimentale. L'étude prédictive (QSPR) a permis de se focaliser sur deux paramètres essentiels influençant la stabilité de la dispersion : la vitesse d'émulsification et la concentration en tensioactif. La validation expérimentale nous a permis de confirmer l'importance de ces paramètres et ainsi mieux maîtriser l'élaboration des dispersions. Afin de répondre aux exigences industrielles, notamment en termes de comportement rhéologique, une nouvelle formule d'ensimage a été élaborée. Cette dernière met à profit le comportement viscoélastique de tubules formés par l'association CTAC/acide salicylique, pour préparer des dispersions aqueuses stables. Il s'agit là du premier exemple d'utilisation de tubules pour disperser dans l'eau des particules de polymère par la technique d'émulsion/évaporation. La stabilité de la dispersion a été mesurée à 22h et les propriétés de la dispersion permettent une redispersion aisée de la formulation même après déstabilisation. Enfin cette dispersion d'ensimage a fait l'objet de tests laboratoires et pilotes pour réaliser, respectivement, un film sur plaques de graphite et un ensimage sur fibres de carbone HexTow(r) IM7 sur la chaîne d'ensimage de notre partenaire industriel. Les résultats ont montré un ensimage abondant et qui montrait de bonnes propriétés d'adhésion dans le matériau composite final. Cette dispersion d'ensimage a été brevetée par Airbus Defence & Space. / This PhD project is related to the development of an eco-friendly thermoplastic sizing formulation and its implementation as sizing, usable at an industrial scale. The first step of the project was to adjust the preparation and the ingredients of this formulation to the industrial requirements. The sizing formulation is based on an aqueous dispersion of thermoplastic polymer particles (PEI) obtained by an emulsion/solvent evaporation process. The choice of the dispersion method and the volatile solvent were the first modifications achieved on the sizing formulation which was available at a laboratory scale. An optimization of the aqueous dispersion was necessary to meet the industrial requirements of stability, temperature and implementation. The second step was the optimization of the aqueous sizing dispersion by a predictive model, and then its experimental validation. The predictive study (QSPR) permitted to focus on two essential parameters affecting the stability of the dispersion: the stirring speed and the surfactant concentration. The experimental validation permitted to confirm the importance of these parameters and consequently a better understanding of the dispersion process. In order to satisfy the industrial requirements, especially in terms of rheological behavior, a new sizing formulation was elaborated. This latter takes advantage of the visco-elastic behavior of the tubules formed by the association CTAC / salicylic acid, to formulate stable aqueous dispersions. This is the first example of use of tubules to disperse polymer particles in water by emulsion/solvent evaporation process. The stability of dispersion was measured to 22 hours and the proprieties of this dispersion permit an easy redispersion of formulation even after destabilization. Finally, this sizing dispersion was tested in laboratory and industry to make, respectively, film on carbon slab and sizing on carbon fibers HexTow(r) IM7 using industrial sizing means. The results showed an abundant sizing and good adhesion properties in the final composite material. This sizing dispersion was patented by Airbus Defence & Space.

L'objectif de cette thèse est le développement de matériaux polymères injectables innovants issus de ressources renouvelables et répondant aux exigences techniques automobiles. Pour cela nous nous sommes intéressés à des mélanges de polymères modèles : le polyamide 12 et l'amidon plastifié. Nos travaux ont donc porté sur l'optimisation des propriétés de ces mélanges, via le contrôle de la morphologie. Ainsi deux stratégies ont été envisagées : la compatibilisation du mélange grâce à deux agents réactifs et la modification des paramètres de mise en œuvre. Ces deux stratégies se sont révélées être efficace pour l'amélioration des propriétés des mélanges. Enfin à partir de cette étude sur les polymères modèles, des matériaux issus de ressources renouvelables ont été formulés. De même une étape de compatibilisation à partir d'une résine époxy a été envisagée permettant au final d'obtenir des matériaux ayant des propriétés optimisées.

L'objectif de cette recherche est la conception et l'analyse d'un ensimage pour composites structuraux PEKK/Fibres de carbone (FC) continues. Les oligomères de PEKK (oPEKK) ont été synthétisés en laboratoire pour définir les caractéristiques physico-chimiques permettant leur utilisation comme agent d'ensimage. A partir de ce cahier des charges, un oligomère " pilote " a pu être synthétisé afin de mener des études sur la formulation de l'ensimage. A partir d'une étude quantitative de relation structure-propriété (QSPR) et des réseaux de neurone artificiels (ANN), le développement et l'optimisation d'une formulation d'ensimage " solvantfree " ont été réalisés Le dépôt de cet ensimage a été effectué selon deux protocoles : nous avons ainsi réalisé un " ensimage laboratoire " et " ensimage sur pilote ". Les performances mécaniques des composites PEKK/FC ensimés oPEKK ont été étudiées par analyse mécanique dynamique (AMD) ; quel que soit le protocole, l'ensimage optimise les performances mécaniques de manière significative. Il est intéressant de souligner que l'" ensimage sur pilote " est plus efficace que l'" ensimage laboratoire ". Outre, l'intérêt de l'ensimage au niveau de la mise en œuvre des composites, le transfert de contraintes fibre/ matrice est optimisé ce qui se traduit par une augmentation des modules mécaniques conservatif et dissipatif. / The objective of this research is to design and analyze a sizing for PEKK / continuous carbon fiber (CF) structural composites. PEKK oligomers (oPEKK) were synthesized in the laboratory to define the physicochemical characteristics allowing their use as a sizing agent. From these specifications, a "pilot" oligomer was synthesized in order to carry out studies on the sizing formulation. From a study of quantitative structure-property relationship (QSPR) and artificial neural networks (ANN), the development and optimization of a "solvent-free" sizing formulation was performed. The deposit of this sizing was achieved according to two protocols: we thus produced a "laboratory sizing" and "pilot sizing". Mechanical performances of PEKK / CF without and with oPEKK sizing composites were studied by dynamic mechanical analysis (DMA). Whatever the protocol is, the sizing optimizes the mechanical performances significantly. It is interesting to note that "pilot sizing" is more efficient than "laboratory sizing". Besides the advantage of sizing for fiber placement in composite processing, the fiber / matrix stress transfer is optimized. Then, it results in an increase of both storage and loss modulus.

No description available.

L'objet de cette thèse est de développer un matériau polymère élastomère permettant d'assurer la liaison et d'absorber les déformations imposées entre deux matériaux composites à matrice thermoplastique. Différents élastomères thermoplastiques ont été identifiés et leur comportement thermomécanique a été étudié en comparaison d’un élastomère thermodurcissable utilisé jusqu'alors. Les polyuréthanes thermoplastiques (TPU) sont apparus comme une alternative intéressante. Nous en avons étudié la chimie et la microstructure ainsi que les propriétés mécaniques en traction et le comportement lors de sollicitations successives multiples qui mettent en évidence l’effet Mullins. L’effet Mullins permet en particulier de quantifier les déformations plastiques irréversibles qui sont liées au caractère thermoplastique des matériaux étudiés. Il a été constaté que ces déformations irréversibles sont comparables à celles observables dans le cas de l’élastomère thermodurcissable conventionnel. Nous nous sommes aussi intéressés au lien existant entre les propriétés thermiques et mécaniques finales du matériau aux différentes échelles, (de l’échelle moléculaire à l’échelle macroscopique notamment). En effet, les TPU sont des matériaux nanostructurés qui peuvent présenter une pseudo-cristallinité et une nano-séparation de phase susceptible d’évoluer avec l’histoire thermique du matériau. Nous avons ainsi cherché à établir un lien entre la structure du matériau à diverses échelles, son procédé de mise en œuvre et les propriétés physiques résultantes. Différentes stratégies ont été explorées pour optimiser le comportement thermomécanique soit par l'incorporation de nano/micro charges ou soit par l'addition d'une faible quantité de liquides ioniques dans la matrice polymère. / The aim of this thesis is the development of an elastomer material able to constitute the junction of two thermoplastic elastomers pieces and to absorb the deformations on these two parts. Various thermoplastic elastomers were identified and there thermomechanical behaviour was studied and compared to the thermoset elastomer presently used. Thermoplastic polyurethanes (TPU) appeared as suitable matches? Their chemical structure, microstructure were studied as well as their mechanical properties in tensile strength and their behaviour toward multiple solicitations that highlights the Mullins effect. The Mullins Effect allows the quantification of irreversible plastic deformations which are induced by the thermoplasticity of the studied materials. It was observed that the irreversible deformations are close to the one of ther thermoset elastomer. We also focused on the existing link between the thermal and mechanical final properties at different scales, (from the molecular level to the macroscopic scale). In fact, the TPU are nanostructured materials that can contain pseudo-crystallinity and nano-phase separation that migth evolve with thermal history. This way, we tried to establish a link between the multi-scaled structure of the materials, it's processing and the resulting physical properties. Various strategies were explored to optimize the thermomechanical behaviour, either by adding nano/micro fillers or by the addition ok small amounts of ionic liquids in the polymer matrix.

Dans le cadre du développement de boîtiers à cavités pour composants électroniques, les polymères à cristaux liquides (LCP) offrent des propriétés intéressantes capables de rivaliser avec les matériaux en céramique : une faible perméabilité aux gaz, une résistance à haute température, une stabilité thermique et une faible constante diélectrique (3,1 à 1 MHz et 2,8 à 10 GHz). Cette nouvelle génération de thermoplastiques permettra de concurrencer les boîtiers métalliques et céramiques à cavité plus coûteux et de s’ouvrir à de nouvelles applications comme l’imagerie médicale par exemple.Dans ce contexte, nous proposons une technique de fonctionnalisation de nanoparticules minérales (via procédé Sol-Gel) et leur incorporation à la matrice polymère afin de modifier ces propriétés mécaniques (Module de Young et CTE) et son anisotropie. La fiabilité de boîtiers est évaluée à l’aide de simulations thermomécaniques. Le but est d’établir un lien entre les propriétés mécaniques des composites à base de LCP et la durée de vie des boîtiers électroniques. Le développement de capots optiques pour ces boîtiers est aussi étudié afin d’obtenir une filtration dans la proche infrarouge pour des applications dans le secteur de la téléphonie mobile. / As part of the development of cavities packages for electronic components, Liquid Crystal Polymers (LCP) offer interesting properties and compete with ceramic materials: low gas permeability, high temperature resistance, thermal stability and low dielectric constant (3.1 to 2.8 for 1 MHz and 10 GHz). This new generation of thermoplastic will compete with classic packages more expensive and open to new applications such as medical imaging for example.In this context, we propose an original approach of mineral nanoparticles functionalization (via sol-gel process) and their incorporation into the polymer matrix to modify the mechanical properties (Young's modulus and CTE) and the anisotropy. Packaging reliability is assessed using thermomechanical simulations. The goal is to establish a link between the mechanical properties of composites based on LCP and the characteristic lifetime of the package. The development of optical covers for these packages is also study to obtain a filter in the near infrared for applications in the mobile phone sector.

La vapeur d'eau atmosphérique est une ressource en eau sous exploitée. Les matériaux à forte émissivité infrarouge (rayonnement thermique) sont utilisés en climatisation passive de jour. De nuit, ils se refroidissent et sont une technologie bon marché, robuste et efficace pour condenser cette ressource renouvelable avec des rendements mesurés supérieurs à 0,6 L m-2 par nuit. L'enjeu de ces travaux de recherches était d'avancer la compréhension de ces systèmes, de mettre au point les outils et de développer les techniques permettant la réalisation de condenseurs de grandes dimensions.<br /> Des matériaux (films polymères et peintures) originaux et innovants ont été développés pour ces applications : ils conjuguent une grande émissivité IR et un état de surface optimisé pour un coût inférieur à 1 € m-². Des simulations numériques CFD (Phoenics) ont été programmées dans le but d'optimiser la mise en œuvre des condenseurs de rosée sur des systèmes réels complexes et de grande superficie. De nouvelles méthodes d'estimation (mesure de volume ou estimation indirecte) de la ressource potentielle en eau de rosée sont discutées en fonction de l'influence des paramètres météorologiques pour les îles de Biševo (Croatie), Tahiti et Tikehau (P. Française) et les sites de Panandhro et Yellagiri Hills (Inde). <br />Enfin, deux systèmes réels novateurs ont été réalisés : une toiture pérenne de démonstration de <br />15,1 m² installée à Biševo (rendements moyens de 0,181 mm pour un maximum de 0,526 mm). Le second est la première usine à rosée, réalisée avec l'IIMA, dans l'état du Gujarat (Inde). La surface actuelle est de 850 m² et sera étendue à 15 000 m² pour produire jusqu'à 5 m3 d'eau pure par nuit.

Les fibres thermoplastiques à hautes performances polyester et polyamide trouvent aujourd'hui des<br />applications dans des domaines de plus en plus variées du textile technique : le renforcement de structure, les<br />cordages, le géotextile... Les différents usages présentent des conditions mécaniques, thermiques et<br />environnementales de plus en plus sévères. Au cours de ce travail, nous avons exploré différentes sollicitations<br />mécaniques en particulier la fatigue et différentes températures dans une gamme de 20°C à 180°C comprenant la température de transition vitreuse.<br />Cette étude est construite autour d'essais mécaniques sur fibre unitaire d'un diamètre de 18 à 27μm en<br />traction, fluage et fatigue et des essais de fatigue sur mèche de fibres. La compréhension des mécanismes<br />microstructuraux est passée par l'utilisation de nombreuses techniques d'observation (MEB, microscopie<br />optique, coupe microtome), d'analyse de la microstructure (diffraction des rayons X aux grands angles et aux petits angles) et de caractérisation thermomécanique (DSC, DMTA). <br />Le couplage des essais de fatigue et des observations aux différentes échelles a mis en évidence une<br />évolution de l'organisation globale avec une meilleure orientation de la structure. Parallèlement, à cette<br />amélioration paradoxale des propriétés, un endommagement local critique apparaît sous forme d'une fissure de fatigue caractéristique. Les paramètres mécaniques, et en particulier, la contrainte minimale du cycle ont été étudiés en corrélation avec les mécanismes de dissipation d'énergie observés lors de la sollicitation cyclique. Ce travail a aussi été l'occasion de déterminer des paramètres matériaux pertinents justifiant la localisation de la fissuration tels que les inclusions solides et la structure coeur / peau.<br />La sollicitation cyclique au dessus de la température de transition vitreuse a fait apparaître un nouveau mode de fissuration en fatigue conduisant à un faciès original. Cette morphologie de rupture très particulière <br />observée sur des monofilaments correspond à la morphologie souvent observée sur des fibres extraites de structures complexes soumises à des sollicitations cycliques.

Cette thèse consiste en une étude comparative des propriétés thermomécaniques de composites tissés à matrice thermoplastique (PEEK ou PPS) et thermodurcissable (époxy). Une analyse bibliographique a permis la comparaison les comportements des ces stratifies en fonction de la nature de la matrice, de la sollicitation et des conditions environnementales. Une étude expérimentale a conduit à une base de données des trois matériaux sous diverses sollicitations mécaniques (essais monotones élémentaires et structures) et différentes conditions environnementales (température et V.H.). Des essais sur assemblages boulonnes (simple et double recouvrement) ont également été réalisés. Une technique de mesure de champ par corrélation d'images numériques a permis d'étudier le comportement de stratifies troues. Enfin, un modèle de comportement élastoplastique orthotrope de stratifies tisses a matrice thermoplastique a été implémenté dans le code E.F. cast3m et valide pour différentes températures.