Huit thématiques scientifiques

Thème 1 - Compréhension et modélisation de phénomènes thermocinétiques et thermomécaniques dans les procédés de mise en œuvre
Les activités de recherche sur les matériaux et les procédés composites portent sur la caractérisation et la modélisation :
  • des cinétiques de polymérisation des matrices organiques (thermodurcissables et thermoplastiques) et inorganiques ;
  • des cinétiques de dégradation des matrices, des renforts et de l’interface fibre-matrice (ensimage), ainsi que leurs impacts sur les propriétés des matériaux ;
  • de la cristallisation des polymères thermoplastiques (morphologie et cinétique) et l’influence des renforts et charges sur la cristallisation.
Ces travaux de recherche ont pour but d’améliorer la compréhension des phénomènes physico-chimiques gouvernant la mise en œuvre des composites afin d’optimiser les conditions de polymérisation/cristallisation des matrices lors de la fabrication et de la mise en œuvre des pré-imprégnés et 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 et les précurseurs céramiques.
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Thème 2 - Etude et modélisation des écoulements de résine dans les renforts fibreux
Les travaux menés sur le thème des écoulements de résine dans les renforts fibreux portent sur la modélisation de l’écoulement de résine dans les procédés de moulage des composites par voie liquide et la caractérisation des paramètres matériaux liés à la perméabilité et la compressibilité des renforts tissés. La variabilité des renforts et leur effet sur la perméabilité des renforts sont parmi les problématiques principales traitées d’un point de vue expérimental et numérique. Les écoulements de résines sont étudiés dans diverses configurations comme les préformes tissées, tricotées ou mat, et matrices organiques/inorganiques thermodurcissables et thermoplastiques. Ces travaux visent généralement à prédire le temps de remplissage des moules et/ou la cinétique du front de résine, et à les optimiser en fonction des cycles de polymérisation des résine. [En savoir plus...]
Thème 3 - Identification et caractérisation des propriétés thermiques et électriques
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...]
Thème 4 - Modélisation des transferts thermiques dans les matériaux hétérogènes
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), la prédiction des champs thermiques nécessite le développement de modèles numériques avancés prenant en compte les échanges de chaleur par rayonnement. Les travaux de recherche menés ont conduit au développement de modélisation des transferts radiatifs par des approches de lancer de rayons. Initialement développées pour les applications packaging, elles ont été progressivement améliorées et adaptées aux applications composites (cuisson des systèmes époxy et chauffage des préformes dans le procédé d’estampage). [En savoir plus...]
Thème 5 - Caractérisation mécanique de l’influence des conditions de fabrication des structures composites sous sollicitations représentatives
L’influence des conditions de fabrication des structures composites sous sollicitations représentatives ou choisies en nature et localisation est étudiée grâce au développement d’un bâti d’essai modulaire multiaxial en support d’une approche d’étude des structures composites par Evaluateurs Technologiques Multi-Instrumentés. Il s’agit d’évaluer une performance en y associant l’influence de tous les paramètres procédés sur des objets multi-échelles de dimensions finies. Les applications intéressent un spectre large de problèmes industriels sur évaluateurs technologiques comme par exemple celui comportant une réparation step-lap elliptique dont la cinématique et son séquencement sont conçus avec l’aide d’outils numériques. Cette approche par croisement calcul expérience permet d’évaluer l’influence des variabilités liées au procédé sur la tenue mécanique. [En savoir plus...]
Thème 6 - Compréhension et modélisation des diverses sources de variabilité des matériaux composites au sein de structures composites
Les diverses sources de variabilité des matériaux composites au sein de structures composites sont en particulier analysées sous l’angle de la mesure des variations spatiales de grandeurs « topologiques » et de grandeurs matériaux, pendant et après le process de fabrication. Une modélisation mathématique de ces variations spatiales est proposée à partir d’études statistiques des différents paramètres pilotant ces lois mathématiques. Plus précisément, notre approche procède de cinq étapes successives :
  1. une description de la structure composite réelle avec des variations qui dépendent du matériau, de la géométrie et du procédé,
  2. une acquisition des données brutes dans des zones sélectionnées de la structure composite,
  3. une analyse statistique des données pour déterminer des tendances aux échelles de la structure composite,
  4. un traitement des données par la définition de lois mathématiques introduisant une variation géométrique continue puis un calcul des propriétés « matériau » f(i,j,k) en fonction des grandeurs géométriques (i,j,k),
  5. une modélisation numérique incluant les variations globales et locales des propriétés, notamment les variations entre deux points différents de la structure et les variations entre deux simulations.
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Thème 7 - Allègement de modèles pour l’étude de zones singulières
Un exemple de modélisation allégée développée pour l'étude de l'influence de conditions de fabrication sur le comportement de zones singulières est dédié à la simulation numérique de structures réparées. Elle concerne les réparations quasi-flush avec une interface de collage en marches d’escalier. On substitue à un modèle numérique 3D, une représentation plus légère grâce à la représentation de la structure initiale ou parent ainsi que le patch de réparation, via des éléments coques composites. Le film adhésif est représenté par des éléments volumiques isotropes. La cinématique de l’ensemble est restituée via la jonction des plans du substrat composite par des éléments de poutres rigides. Le gain est significatif et autorise des modèles avec typiquement 14 fois moins de ddls pour un temps de calcul 11 fois plus court. Outre la possibilité d’intégrer une zone réparée dans un modèle avion, cette approche facilite les croisements calcul-essais, notamment dans le cadre de la démarche par évaluateurs technologiques multi-instrumentés dont les dimensions sont typiquement de l’ordre de 600 mm par 450 mm pour 16 plis d’UD. [En savoir plus...]
Thème 8 - Transfert d’échelles
To be defined. [En savoir plus...]
  • Modélisation d'une éprouvette composite soumise à un chargement complexe

Cinq briques applicatives

Optimisation et procédés de fabrication innovants et robustes

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Technologies de recyclage

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Composites haute température

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Matériaux Multifonctionnels

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Méthodologie de réparations

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Implication dans les réseaux et sociétés savantes

AMAC - Association pour les Matériaux Composites

AFM - Association Française de Mécanique

GdR CNRS 3671 MIC - Mise en oeuvre des composites et propriétés induites