Soutenance de thèse : Léonore GINER

Caractérisation mécanique d'un composite à matrice céramique (CMC) à température ambiante et à hautes températures

Doctorante : Léonore GINER 

Laboratoire INSA : MATEIS - Matériaux Ingénierie et Sciences

Ecole doctorale : n°34 ML - Matériaux

Les composites à matrice céramique (CMC) sont considérés comme des matériaux prometteurs pour alléger les aérostructures tout en résistant à des températures élevées. Contrairement aux céramiques monolithiques, les CMC sont des matériaux tolérants à l’endommagement grâce aux mécanismes d'interaction entre les fibres et la matrice. La qualité de la liaison fibre-matrice joue ainsi un rôle essentiel sur les propriétés mécaniques
finales du composite. Il est donc nécessaire de choisir avec soin les matériaux et de maîtriser le procédé d’élaboration ainsi que ses paramètres afin d’obtenir des composites aux propriétés mécaniques optimales. Dans ce travail, des composites à matrice céramique obtenus à partir de polymères précurseurs et renforcés par des fibres de carbone, et élaborés par un procédé d’infiltration et de pyrolyse de polymères (PIP), sont étudiés. L’influence de différents paramètres d’élaboration sur les propriétés thermomécaniques du composite est évaluée. Dans ce but, des caractérisations mécaniques à température ambiante et à haute température sont réalisées sur différentes nuances du composite, accompagnées d’observations microstructurales avant les essais et post mortem afin d’observer l’évolution de leur microstructure. Premièrement, l’étude des paramètres du cycle de pyrolyse, en particulier la température de pyrolyse et l’état final de la matrice, met en évidence l’influence de la ductilité apportée par une pyrolyse incomplète et la présence de résine polymère. L'influence du traitement thermique des fibres de carbone sur le comportement mécanique du composite est ensuite étudiée. Les résultats montrent que le traitement thermique des fibres modifie la liaison interfaciale fibre-matrice, ce qui permet d’éviter une rupture fragile et d’améliorer la résistance en traction de ce composite. Enfin, l’effet de l’augmentation de la densité des composites, obtenu par des cycles de pyrolyse supplémentaires, sur leurs propriétés mécaniques en traction et en compression est analysée. Afin d’étudier les différents mécanismes d’endommagement et leur chronologie d’apparition, des essais de traction in situ sous MEB et tomographie aux rayons X ont été réalisés. En parallèle, des essais de traction suivis par émission acoustique ont permis d’analyser la cinétique d’endommagement. La combinaison de ces différentes analyses permet de renforcer le lien entre les mécanismes d’endommagement identifiés et le comportement mécanique macroscopique étudié.