Les travaux de recherche autour de cette thématique ont pour but d’améliorer la compréhension des phénomènes physico-chimiques et thermo-mécaniques gouvernant la mise en œuvre des composites afin d’optimiser les conditions de polymérisation/cristallisation/densification des matrices lors de la fabrication et la mise en œuvre des composites. Ces travaux se focalisent principalement sur les matrices destinées aux applications aéronautiques hautes performances, telles que les résines époxy de classe 180, les matrices thermostables PEEK et PPS, les systèmes cyanate-ester, les précurseurs céramiques et les matrices céramiques. [En savoir plus...]

Les écoulements sont au cœur de la fabrication des matériaux composites, quelques soient les matrices, renforts et procédés. Que ce soit un écoulement de polymères chargés de fibres courtes dans un procédé d’injection, l’écoulement de l’air et de la résine au moment de la cuisson de préimprégnés ou de la thermocompression de composites à matrice thermoplastique, ou bien les écoulements lors de l’injection de résine, chargée ou non, dans une préforme fibreuse sèche ; ces écoulements vont jouer un rôle prépondérant sur les propriétés finales du matériau composite. [En savoir plus...]

Afin de proposer des modèles numériques fiables, des bancs de mesure ont été développés/adaptés pour permettre l’identification par analyse inverse de la conductivité thermique anisotrope des matériaux composites. Ces travaux, menés en collaboration avec le groupe MICS, sont basés sur des approches originales de mesures sans contact par thermographie infrarouge.

L’autre volet relatif aux propriétés thermiques et électriques concerne la préparation et la caractérisation de matrices fonctionnalisées en vue d’améliorer les propriétés des composites. Ces travaux répondent aux besoins de l’industrie aéronautique quant aux problématiques de conductivité. Les matrices thermodurcissables et thermoplastiques fonctionnalisées par des particules nanométriques sont principalement étudiées. [En savoir plus...]

La modélisation des transferts thermiques et électriques dans les matrices fonctionnalisées nécessite le recours à de la modélisation à l’échelle microscopique. Ces travaux ont pour but d’améliorer la compréhension des effets de taille, de dispersion et d’orientation des charges en vue d’optimiser les morphologies des composites afin d’alimenter les approches homogénéisées.

Dans les procédés utilisant des sources radiatives (émetteurs infrarouges ou LED), la prédiction et l’optimisation des champs thermiques et des densités de flux nécessitent le développement de modèles numériques avancés prenant en compte les échanges de chaleur par rayonnement, couplés aux transferts par convection et conduction. Les travaux de recherche menés ont conduit au développement de modélisation des transferts radiatifs par des approches de lancer de rayons, ainsi que par des méthodes avancées de radiosité. Un des enjeux consiste à intégrer dans la modélisation les évolutions morphologiques des matrices liées, par exemple, à la cinétique de cristallisation ou bien aux transferts de masse (séchage). Initialement développées pour les applications d’emballage en matières thermoplastiques, elles ont été progressivement améliorées et adaptées aux applications composites (cuisson des systèmes époxy, soudage laser de composites et chauffage des préformes dans le procédé d’estampage). [En savoir plus...]

Le matériau composite est par définition un matériau multi-échelle. Les différentes échelles constitutives sont directement liées aux fonctions définies par le cahier des charges industriel et le process de fabrication.

La démarche de caractérisation mécanique développée au sein de l’axe MaPP n’est pas unique et intéresse des situations dites conventionnelles, basées sur des essais normalisés, mais aussi sur des essais non conventionnels conçus au cas par cas. [En savoir plus...]

Les structures composites ont pour particularité, inhérente à leur nature même, une grande variabilité, notamment dans la répartition des matériaux constitutifs. Cette variabilité est présente quelle que soit le type de structure (à base de renforts courts, longs, tissés, stratifiés à base de plis unidirectionnels) ainsi que le type de mise en œuvre (drapage manuel ou automatisé) ou le procédé d’imprégnation puis de polymérisation sélectionné (RTM, étuvage, autoclave, etc.). L’étude de ces variabilités ainsi que de leurs conséquences sur la structure finale est donc un point majeur de la recherche sur l’influence des conditions de fabrication de structures composites. [En savoir plus...]

Certaines études de l’influence des paramètres de fabrication sur la tenue de la pièce en service nécessitent le besoin d’une représentation numérique de ces structures adaptée à la fois aux phénomènes physiques à étudier, mais permettant une représentation jusqu’aux échelles pertinentes pour pouvoir appréhender les conséquences d’un choix de fabrication. Lorsque le besoin amène à une représentation d’une structure de taille métrique, voire plus, il est nécessaire de mettre en place des stratégies scientifiques pour l’élaboration de modèles numériques dédiés qui vont, par essence, refuser la modélisation volumique lourde, voir pli par pli, pour se tourner vers une modélisation efficiente, dans laquelle la formulation de chaque élément en chaque point de la structure sera adaptée aux besoins en informations numériques en ce point donné. [En savoir plus...]

Le "virtual testing" ou "virtual processes" semblent trouver un nouvel essor auprès des entreprises qui y voient un potentiel de gain de temps et de réduction des investissements lors du développement d’un nouveau programme. Avant d’arriver à la simulation d’un procédé complet de mise en œuvre des matériaux composites, par exemple LRI ou RTM, il est pertinent d’en maitriser les physiques associées.

Lors de la modélisation d’un procédé, les phénomènes physiques à prendre en compte peuvent intervenir à différentes échelles. Pour avoir une compréhension fine de ces phénomènes et de leurs couplages ou interactions, il est nécessaire de les étudier et d’identifier leur influence à l’échelle la plus pertinente sous peine de passer à côté d’un « mécanisme » essentiel. [En savoir plus...]