THermO-Mécanique dans les Matériaux cellulaires multi-fonctIonnel – THOMMI

Les matériaux cellulaires solides présentent des propriétés thermiques et mécaniques qui les rendent très intéressantes pour de nombreuses applications. On peut citer les mousses polyuréthanes et polystyrènes à pores fermés, largement utilisées dans le domaine de l'isolation thermique du bâtiment, et les mousses métalliques à pores ouverts qui sont quand à elles d'excellents absorbeurs d'énergie. Actuellement ces matériaux sont utilisés respectivement, soit pour leurs propriétés thermiques, soit pour leurs propriétés mécaniques. Pourtant la volonté d'alléger les structures en font des matériaux à caractère multifonctionnel ayant un fort potentiel d'application. Cet aspect est encore sous exploité dans l'industrie. Ainsi, les mousses isolantes thermiquement ne sont pas encore ou peu utilisées du point de vue de leurs propriétés mécaniques. Le projet proposé est basé sur une problématique industrielle ciblée : l'isolation thermique des réservoirs cryogéniques du lanceur ARIANE V. Cette fonction est assurée par des mousses de faible densité à pores fermés, collées au réservoir. Elles sont fortement sollicitées non seulement thermiquement mais aussi mécaniquement. Il est donc nécessaire de vérifier leur tenue mécanique. La connaissance de leur propriétés mécaniques est actuellement insuffisante. Le choix d'un isolant est ainsi actuellement validé par un très grand nombre d'essais mécaniques à la fois très coûteux et faibles en enseignement car les résultats sont de type binaire (« çà passe ou çà casse ! »). L'objectif du projet est donc de mieux comprendre, de modéliser et d'optimiser le comportement thermomécanique de ces matériaux. Une nouvelle approche de modélisation multi-échelle, à la fois économique et précise permettant de réduire le nombre d'essais, sera développée. Par delà cet objectif, le constructeur à l'ambition d'exploiter le potentiel thermomécanique de ces matériaux dans le dimensionnement de futur lanceur. La solution que nous proposons est basée sur une action située à trois niveaux d'échelle. La connaissance des propriétés de la phase solide des matériaux étudiés sera dans un premier temps améliorée. Le comportement à l'échelle mésoscopique, c'est dire à l'échelle d'un nombre restreint de cellules (VER), sera quant à lui prédit par une modélisation par éléments finis de la structure réelle, celle ci étant déterminée de façon non destructive et tridimensionnelle par tomographie aux rayons X. Le modèle éléments finis à l'échelle mésoscopique sera thermomécaniquement sollicité de façon multiaxial afin de fournir les paramètres d'entrée nécessaires à la formulation d'un modèle de comportement macroscopique. Au delà de cette application ciblée, la méthode développée pourra être étendue à de nombreux autres domaines et contribuera à l'utilisation des mousses isolantes en tant que matériaux multifonctionnels.