Activités de recherche :

Doctorant CIFRE – BAYAB Industries

“Optimisation de la texturation de surface par Jet d’Eau Abrasif pour l’adhésion des matériaux aéronautiques”

Début : janvier 2022

Résumé :

Pour maximiser l’aptitude au collage des matériaux composites, il est généralement recommandé d’augmenter la rugosité de la surface afin de favoriser les mécanismes d’ancrage mécanique [1]. Un optimum est toutefois attendu, des aspérités trop marquées rendant difficile la pénétration de l’adhésif et pouvant conduire à la présence de porosités [2]. De ce fait, des procédés comme le ponçage, le sablage ou les tissus d’arrachage sont couramment utilisés par les industriels, mais ils peuvent être délicats à automatiser et nécessitent une gestion des déchets contraignante (poussières nocives, produits à usage unique, etc.). D’autres traitements tels que le plasma, le corona, ou la texturation de surface par laser [3] sont envisagés pour les remplacer.

Le Jet d’Eau Abrasif (JEA) offre une alternative intéressante à ces procédés pour texturer par action mécanique la surface des matériaux composites. En effet, comme le sablage, il induit très peu d’effort sur la pièce et permet la réalisation de texturations homogènes et sans direction privilégiée quel que soit le substrat. De plus, le flux permanent d’eau qui accompagne les particules empêche l’échauffement du matériau, nettoie la surface et contribue à réduire le nombre de particules abrasives incrustées [4], [5]. Enfin, les poussières volatiles nocives et les autres déchets sont encapsulés dans le liquide et peuvent être récupérés en continu pour traitement.

Les structures composites modernes font aujourd’hui une large place aux thermoplastiques, représentés dans le secteur aéronautique par la famille des PAEK, qui ont une faible énergie de surface et une stabilité chimique préjudiciables à leur association à des adhésifs. Pour autant, l’impact de la texturation sur l’adhésion de ces matériaux reste relativement peu documenté et encore moins via le JEA. Spécifiquement, lorsque l’on cherche à revêtir ces matériaux, vallonner au préalable la surface avec cette technologie est une solution efficace pour limiter les risques de rupture adhésive [6]. Dans le cadre de cette étude, on cherche à optimiser la morphologie de surface d’un composite Carbone/PAEK afin de garantir son adhérence dans un but structural. Ainsi, une modélisation contextuelle du procédé JEA, une caractérisation multi-échelles des surfaces texturées ainsi que des essais mécaniques normalisés et/ou innovants [2], [7] sont proposés.

Références :

[1]  J. R. J. Wingfield, « Treatment of composite surfaces for adhesive bonding », International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 13, n^o 3, p. 151‑156, juill. 1993, doi: 10.1016/0143-7496(93)90036-9.
[2]  T. Vasconcellos-Birro, E. Paroissien, F. Lachaud, et M. Aufray, « On the effect of roughness parameters on adherence using the three-point bending test (ISO 14679:1997) », The Journal of Adhesion, p. 1‑26, janv. 2022, doi: 10.1080/00218464.2021.2024808.
[3]  M. Belcher, C. Wohl, J. Hopkins, et J. Connell, « Laser surface preparation for bonding of aerospace composites », Proceedings of the Institution of Civil Engineers: Engineering and Computational Mechanics, vol. 164, p. 133‑138, sept. 2011, doi: 10.1680/eacm.2011.164.3.133.
[4]  X. Sourd, R. Zitoune, A. Hejjaji, M. Salem, L. Crouzeix, et D. Lamouche, « Multi-scale analysis of the generated damage when machining pockets of 3D woven composite for repair applications using abrasive water jet process: Contamination analysis », Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 139, p. 1, 2020, doi: 10.1016/j.compositesa.2020.106118.
[5]  L. Cano-Salinas, X. Sourd, K. Moussaoui, S. Le Roux, M. Salem, A. Hor, R. Zitoune, Effect of process parameters of Plain Water Jet on the cleaning quality, surface and material integrity of Inconel 718 milled by Abrasive Water Jet, Tribology International, Volume 178, Part B, 2023, 108094, ISSN 0301-679X, https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.108094.
[6]  P. Fréquelin, J. Jumel, R. Zitoune, P-Y. Corbel et A. Jaillon, “Texturation par Jet d’Eau Abrasif sur Composite à Matrice Thermoplastique pour Optimiser l’adhésion d’un Revêtement”, Journées d’étude sur l’Adhésion (JADH) 2022
[7]  M. J. Napolitano, A. Chudnovsky, et A. Moet, « The constrained blister test for the energy of interfacial adhesion », Journal of Adhesion Science and Technology, vol. 2, n^o 1, p. 311‑323, janv. 1988, doi: 10.1163/156856188X00291.

Activités d'enseignement :

2021-2022 : vacataire TD et TP en Dimensionnement des Structures (DDS BUT1) à l’IUT GMP Paul Sabatier

2022-2023 : vacataire TP DDS (BUT2) à l’IUT GMP Paul Sabatier