SANdwich pour Températures Intermédiares à Ame Géopolymère – SANTIAG

Les composites à matrice céramique sont très intéressants pour leurs bonnes propriétés mécaniques et leur bonne tolérance à l'endommagement, propriétés qui sont conservées à hautes températures. Cependant leur fabrication nécessite généralement des constituants onéreux ainsi que des procédés longs et coûteux. Les géopolymères possèdent un ensemble de caractéristiques qui permettent des alternatives pour élaborer des composites à matrice céramique renforcés par des fibres longues tissées : constituants et procédés peu onéreux, procédés rapides, impact environnemental réduit. L'objectif de ce projet est de mettre en œuvre et d'étudier le comportement d'un composite sandwich constitué de peaux en composites à matrices géopolymères et à fibres céramiques oxydes (basalte, alumine), et d'une âme en mousse géopolymère. Ce type d'assemblage est peu connu, mais permettrait d'être utilisé pour réaliser des pièces structurales légères et de forte épaisseur supportant des températures de quelques centaines de degrés, pour des applications dans le domaine du transport aéronautique ou terrestre.
Ce projet a pour but de mettre au point les suspensions qui permettront d'élaborer les peaux d'une part, en optimisant l'imprégnation des tissus de fibres, d'élaborer la mousse d'autre part avec une optimisation de la formation de la porosité, et de réaliser l'assemblage peaux/âme selon un procédé le plus simple possible. Des essais préliminaires réalisés par les partenaires du projet, en vue d’établir une preuve de concept, ont montré que ce type d’assemblage est possible mais demande à être optimisé. Une étude des microstructures, des propriétés physiques et mécaniques à température ambiante sera donc réalisée pour aider à ces optimisations. Ce composite sandwich sera ensuite étudié d'un point de vue thermomécanique pour déterminer son comportement mécanique à température ambiante et à chaud, et d'analyser les mécanismes d'endommagement associés. Des essais de flexion et de traction instrumentés par émission acoustique, par corrélation d'images numériques et par thermographie infrarouge seront réalisés dans cette optique. Ils permettront notamment de suivre l'évolution de la multi-fissuration des peaux et de la mousse en fonction du niveau et du mode de chargement, mais permettront aussi d'identifier les mécanismes d'interactions entre les peaux et la mousse présents au niveau de l'interface entre ces deux parties du composite sandwich. Le comportement en fatigue thermomécanique sera également analysé, afin d’évaluer la durabilité de ce composite et de préciser si des mécanismes d'endommagement spécifiques à la fatigue apparaissent (par exemple, si des microfissures sont créées par fatigue mécanique dans l'âme et peuvent se propager progressivement dans le cœur et le long des peaux du sandwich sous l'effet d'un chargement répété). Par ailleurs quelques essais ciblés seront réalisés pour estimer la tenue au vieillissement sous différentes conditions environnementales. L'instrumentation des essais avec l'émission acoustique et les différentes techniques d’imagerie, mais aussi des observations en microscopie électronique et en tomographie X permettront d'identifier et d’analyser ces mécanismes d'endommagement et de les introduire dans des modèles par éléments finis permettant de simuler le comportement mécanique macroscopique à partir d’une description numérique du composite à l’échelle mésoscopique, et de relier ces simulations au comportement mécanique macroscopique déterminé expérimentalement.
La conception et l’utilisation de ce composite s'effectuera dans un contexte de développement durable. C'est pourquoi les questions relatives à la recyclabilité de ce type de matériau, notamment en utilisant des poudres de composites préalablement broyés comme charges dans des suspensions géopolymères fraîches, mais aussi les problèmes de réparabilité du composite, par comblements de la mousse ou par apport d’inserts au niveau de la peau, seront abordés.