Influence du procédé de fabrication sur les propriétés à la fatigue des matériaux élastomères – PROFEM

L'usage des matériaux élastomères s'est imposé dans tous les secteurs industriels pour de nombreuses utilisations. Si le dimensionnement des fonctions statiques et dynamiques est aujourd'hui bien maîtrisé, l'expérience industrielle montre que les deux modes de ruine majeurs sont liés àla fatigue et au vieillissement. Depuis une douzaine d'année, des coopérations entre industriels et universitaires ont permis de developper de nombreux critères phénoménologiques de dimensionnement à la fatigue des structures élastomères. Cependant, la nécessité d'étendre les durées de tenue en service, et ce pour des condition stoujours plus sévères amène à résoudre un verrou scientifique et technique fort: le couplage entre le procédé de fabrication et les propriétés à la fatigue. Ces deux paramètres sont très fortement couplés pour les matériaux élastomères. Cela vient de leur nature hétérogène (avec une importance cruciale de la formulation, pour des matrices et des renforts très divers) ainsi que de l'influence extrêmement forte du procédé de fabrication (mélangeage puis injection) sur la microstructure finale de la pièce. Il est donc vital de parvenir à décrire les liens entre le procédé et la microstructure d'une part, et entre la microstructure et la tenue à la fatigue d'autre part. Pour comprendre ces couplages, il est nécessaire de répondre à trois problématiques, correspondant aux trois échelles principales impliquées:
1.Quels sont les mécanismes élémentaires d'endommagement et de dissipation?
2.Quel est le scénario d'endommagement en fatigue à matrice et distributions d'inclusions (taille et localisation) fixées, et comment s'en servir pour pour accélérer la caracterisation des propriétés en fatigue?
3.Quels sont les incidences du procédé d'injection sur la mircrostructure des pièces injectées et peut on étendre les réponses aus questions précédentes à la compréhension des mécanismes pour une microstructure hétérogène?

Répondre à ces questions constitue le challenge du projet PROFEM, qui pourra se baser sur la complémentarité indispensable des compétences des partenaires industriels et académiques ainsi que sur différents outils developpés au cours d'études préliminaires très récentes:
- couplage via un modèle énergétique, de mesures microstructuales obtenues par tomographie aux rayons X et de mesures thermiques, de manière à caractériser rapidement les propriétés à la fatigue;
- modélisation micromécanique basée sur une structure élémentaire complexe, tenant compte de la gomme liée ou non, des agglomérats de noirs de carbone et du réseau percolant. Ces caractéristiques permettront l'extension du modèle à la prise en compte de l'endommagement et de la dissipation à l'échelle des inclusions.

Les retombées scientifiques et techniques sont très nombreuses et permettront de répondre à des problématiques non résolues concernant la fatigue des élastomères. Il est ainsi visé de:
1.comprendre et modéliser les mécanismes d'initiation et de croissance des défauts de fatigue (en couplant des observations à différentes échelles au modèle micromécanique);
2.valider un protocole de caractérisation rapide des propriétés en fatigue (y compris la dispersion), pour divers types de matrices et de charges.
3. comprendre l'influence de sparamètres de mélangeage et d'injection sur la tenue en fatigue, pour les zones saines comme pour les zones sensibles (plan de joint, seuil).

Ces résultats permettront aux caoutchoutiers de réduire le poids et le temps de développement des pièces et les aideront à respecter les normes environnementales.

L'originalité du projet PROFEM réside aussi dans deux aspects spécifiques:
-l'usage de la modelisation mécanique pour associer des techniques de caractérisation (tomographie X et mesures thermiques) de manière à dépasser leur limitations;
-le dialogue riche entre des approches phénoménologique (basée sur un critère énergétique) et micromécanique illustrant leur complémentarité.