Vieillissement des composites - Évolution des propriétés et modélisation

Les composites à matrice organique (CMO) monolithiques ou sandwiches sont désormais incontournables pour l’ingénieur, et l’établissement de critères et de modèles permettant de prévoir leur comportement au vieillissement est un enjeu important. Cela nécessite non seulement de caractériser l’évolution des propriétés, mais également de comprendre les phénomènes de dégradation qui sont intervenus (physico-chimique, physique, mécanique). Dans le dossier « Vieillissement des composites. Mécanismes et méthodologie d’étude », la méthodologie d’étude à adopter pour prévoir leur comportement à long terme ainsi que les phénomènes responsables de la dégradation des propriétés ont été détaillés dans leur globalité.

La définition d’un modèle de prévision du comportement nécessite d’acquérir le maximum d’informations sur les constituants et sur la structure du matériau, d’identifier le plus exactement possible les sollicitations (thermique, hydrique, mécanique...) auxquelles le composite est soumis en condition opérationnelle, et d’utiliser des moyens de contrôle (optique, contrôles non destructifs : CND) permettant de suivre la formation et la propagation des endommagements. Il nécessite d’avoir recours à des vieillissements accélérés réalistes pour lesquels il est nécessaire de s’assurer de leur représentativité. La plus grande difficulté rencontrée pour ces essais est la définition des cycles de sollicitations représentatifs des agressions subies en service.

Ce dossier tente, à travers divers exemples de CMO structuraux, de mettre en application la méthodologie définie précédemment. Il décrit les différents moyens d’analyse du comportement à mettre en œuvre et indique au lecteur les évolutions des propriétés susceptibles d’être rencontrées en service de manière à ce qu’il puisse les intégrer dans la prévision du comportement à long terme.

Plusieurs « modèles » dépendant du CMO et de ses conditions d’utilisation, basés sur l’évolution de la propriété limitative à l’utilisation et résultant soit d’une analyse physico-chimique, soit d’un suivi des propriétés mécaniques sont présentés. La température et l’humidité étant les deux facteurs majeurs influençant les caractéristiques initiales des matériaux et de vieillissement, la prévision de leur comportement en fonction de ces paramètres est regardée de manière systématique. Du point de vue mécanique, la résistance aux impacts et la compréhension des mécanismes de propagation de fissures sont systématiquement investiguées pour pouvoir certifier le comportement en cours d’utilisation. Une modélisation mécanique par éléments finis prenant en compte des singularités de structure, de contrainte et d’endommagement ainsi qu’une approche multiéchelle...