La mise en forme de pièces composites à partir de préimprégnés à matrice thermodurcissable induit un couplage entre différentes physiques, notamment la mécanique, les transferts de chaleur et la chimie. Dans le cas de réalisation de pièces de grandes dimensions, la cuisson se réalise la plupart du temps hors autoclave et sous bâche à vide. Dans ce cas, le seul paramètre qui peut être contrôlé durant le cycle de mise en forme est la température de surface de la pièce. Dans le cas où les pièces sont de fortes épaisseurs le couplage entre la thermique et la polymérisation devient très important et peut générer des échauffements très importants. Ces derniers, associés à l’anisotropie complexe et multi-échelles des empilements stratifiés composites, vont induire le développement des contraintes résiduelles et des éventuelles distorsions de pièces après refroidissement. Un contrôle temporel de la température est nécessaire afin de limiter ces effets et notamment l’emballement de la réaction chimique. En outre dans le cas où les épaisseurs sont variables dans l’espace, il faut ajouter une dimension spatiale à ce contrôle.
Avant d’atteindre une complète maîtrise de l’état de santé matière post-cuisson, il est nécessaire de proposer des stratégies de pilotage thermique par les conditions aux limites qui permettent de contrôler à façon les champs de température et de transformation.
L’ambition de la thèse proposée est de répondre à ce challenge en étudiant les aspects suivants :
1. La description des transferts couplés entre la thermique et la polymérisation ; ainsi que la caractérisation des propriétés des matériaux utilisés si elle n’est pas déjà réalisée. En accord avec l’IRT Jules Verne et les partenaires industriels, il faudra rapidement définir un matériau référence dans un but de validation de la méthodologie développée.
2. La mise en place d’une stratégie d’optimisation thermique permettant d’estimer la distribution spatiale et temporelle des conditions aux limites thermiques à imposer afin de minimiser les gradients de transformation. La validation expérimentale de cette étape, sur la base du matériau retenu, pourra se faire à l’échelle du laboratoire sur des épaisseurs raisonnables. L’utilisation de moyens IRT ou bien industriels permettra la validation sur des pièces plus épaisses.
3. La recherche de moyens technologiques applicables pour la mise en oeuvre de la stratégie et potentiellement leur mise en oeuvre sur un démonstrateur proposé par l’IRT et les partenaires industriels. Les épaisseurs visées dans ce projet impliqueront un coût matière et matériel important pour mener à bien la validation expérimentale des propositions qui seront faites. Ce dernier devra être anticipé dès le montage du projet.
La prise en compte du couplage mécanique, notamment la prise en compte des retraits et le développement des contraintes pourra être envisagé en fonction de la réalisation effective des tâches 1 et 2.