Modélisation des couplages thermomécaniques dans le collage

Directeur de thèse : Frédéric Lebon

Les technologies du collage structural ont connu ces dernières années un essor important, en particulier dans le domaine de l’aéronautique en raison des progrès réalisés dans l’élaboration des matériaux, essentiellement polymères et des besoins en allégement des structures. Le collage structural est la méthode d’assemblage qui semble la plus adaptée pour le cas des matériaux composites mais les avancés dans ce domaine ont permis d’envisager leur utilisation dans d’autres domaines de l’ingénierie pour lesquels de nombreux travaux de recherche et de développement sont encore en cours.  Citons le cas de l’automobile, du naval, et également du génie civil. Ces technologies sont aujourd’hui à des coûts abordables et compétitifs vis-à-vis des technologies classiques en présentant certains avantages relatifs par exemple au poids de la structure finale, résistance aux environnement agressifs, ou encore à sa durabilité, puisque ces matériaux sont peu ou pas soumis aux phénomènes de corrosion. Par contre, elles souffrent d’un manque de connaissance par rapport aux techniques plus classiques (dimensionnement, durée de vie, etc.). Il convient donc de compléter les études les concernant afin de pouvoir proposer des « normes » pour les différentes situations, et de vérifier leur tenue dans le temps. Citons comme exemple, le cas des éoliennes offshore où il est clairement envisagé de remplacer l’assemblage par vissage des structures secondaires par des techniques de collage.

Il sera question d’envisager deux types de problèmes.
- Le premier problème concerne l’échauffement dans les collages. Lors d'un essai cyclique par exemple, le matériau (la colle) va s’échauffer. Cet échauffement peut avoir des conséquences fortes sur la durée de vie des structures (et donc la rupture du joint de colle). Il s'agit de mettre en place un essai couplant mesure cinématique (par la corrélation d’images) et la mesure de température (par thermographie infrarouge). En général on est capable de remonter aux sources de chaleur et de modéliser les couplages observés (dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles).
- Le second problème concerne la résistance thermique de contact (RTC). Il s'agit là-aussi de mettre en place un essai expérimental et de mesurer la transmission de la chaleur à travers l'interface. Ces mesures sont essentielles afin de s’assurer de la répartition de la température dans la structure. Il s'agit aussi de modéliser ces phénomènes.
Dans les deux cas, les modèles développés seront implémentés dans un logiciel de type Comsol.

Plus d'informations sur la page personnelle de Serges Kikwani