Modélisation des performances multi-HIt des blindages CérAmiques – MHICA

Le projet MHICA porte sur l’étude expérimentale et numérique du comportement de blindages bi-couches à face avant céramique sous chargement d’impact multiple. Les blindages bicouches associant une face avant fragile en céramique et une face arrière ductile (métallique ou composite) sont considérés comme les solutions de protection les plus performantes vis-à-vis des projectiles perforants comme les calibres 7.62 (AP8, API B32, API BZ) ou 14.5 (API B32). En effet, de par leur dureté et leur résistance à la compression élevées, les céramiques sont à l'origine d'une fragmentation du noyau du projectile réduisant ainsi fortement son pouvoir perforant. Cependant, l'onde de choc générée dans la céramique provoque en quelques microsecondes un endommagement intense caractérisé par l'amorçage et la propagation d'un grand nombre de microfissures orientées (fragmentation dynamique). Ainsi la plus grande partie de l'interaction entre le projectile et la cible correspond à la pénétration d'un projectile érodé ou fragmenté contre une cible en céramique microfissurée s'appuyant sur une face arrière (backing) ductile (métallique ou composite) chargée d'absorber l'énergie cinétique des fragments. Le comportement mécanique de la céramique fragmentée joue ainsi un rôle majeur au cours de la phase de pénétration mais aussi dans le cas d'un chargement de multi-impact. Or ce sujet reste à ce jour peu exploré expérimentalement et aucune modélisation convenablement identifiée et rigoureusement validée n'est proposée dans la littérature. Cependant, étant donné le grand nombre de paramètres à considérer (type de projectile, vitesse d'impact, angle d'incidence, épaisseur de la face avant et du backing, paramètres d’assemblage, nombre d’impact par cible et distance entre les différents points d’impact...), seul un recours à la simulation numérique peut aboutir à un dimensionnement optimal des solutions de protection selon le type de menace considéré.

C’est pourquoi, dans le présent projet, il est proposé :
- de procéder à des essais instrumentés d’impact de projectile perforant sur cibles bi-couches constituées d’une face avant en carbure de silicium dense ou poreux,
- d’étudier l’endommagement généré dans ces cibles bi-couches par micro-tomographie CT après un ou plusieurs impacts,
- de développer une méthode expérimentale permettant d’identifier une loi constitutive décrivant le comportement confiné des 4 céramiques préfragmentées,
- en mono-impact, de simuler numériquement le problème avec la loi précédente en utilisant la méthode des éléments finis et la méthode des éléments discrets,
- pour les impacts multiples, de développer une modélisation par méthode des éléments discrets tenant compte de l’état initial de fissuration caractérisé par tomographie,
- de comparer les résultats numériques avec les résultats expérimentaux.
In fine, ce projet doit permettre de mieux comprendre le lien entre endommagement des céramiques sous impact et performance de ce type de blindage sous chargement d’impacts multiples.

L'approche globale proposée dans ce projet mêlant caractérisation expérimentale, modélisation du comportement mécanique et simulation numérique de l'impact, constitue une démarche novatrice pour ce type de problème. Les travaux bénéficieront à la DGA en apportant des outils innovants pour évaluer une solution de protection face à une menace spécifique, pour dimensionner des solutions de blindage à face avant céramique et pour innover dans le domaine des matériaux de blindage au service de la protection des forces terrestres, aériennes ou des forces d'intervention (GIGN, Raid).