Mesure de l'adhérence interfaciale d'un système Film mince / Substrat à partir d'un essai de rayage

Une manière classique pour améliorer la résistance à la rayure d'une surface de polymère consiste à recouvrir cette dernière d'un film mince. L'explication de cette réussite n'est que partiellement connue et un problème de recherche primordial reste à approfondir : la détermination de l'adhérence interfaciale entre le film mince et le substrat par une méthode considérant les réalités propres aux applications expérimentales des champs de pression glissants. La possibilité d'observation in-situ développée sur notre dispositif expérimental nous a permit d'analyser l'évolution de l'aire délaminée pendant le cloquage stable d'un vernis nano-composite anti-rayure déposé sur un substrat en polycarbonate que l'on a soumis à une sollicitation de rayage par une pointe rigide sphérique. Cette analyse débouche sur la proposition d'un modèle énergétique global du cloquage d'un film mince sur son substrat, permettant de déterminer l'adhérence interfaciale

Avancées expérimentales dans les contacts JKR dynamiques

Le but de ce travail est d'analyser l'énergie dissipée en surface et en volume lors d'un contact adhésif entre un hémisphère de PDMS et un plan en utilisant un appareil JKR original : celui-ci permet d'appliquer une force normale cyclique dont on peut ajuster fréquence et amplitude, et de faire varier la température d'essai. Les tests explorent l'adhésion en jeu et le comportement viscoélastique du matériau. Les résultats mènent à une discussion sur l'hystérèse d'adhésion en fonction des variables d'essais. Les profils de contacts imagés par interférométrie confirment les évolutions dégagées

Analyse numérique du fluage et de la recouvrance d'un contact viscoélastique

Des essais de fluage de contact et de recouvrance des empreintes ont été réalisés pour analyser la "cicatrisation" d'une surface de PMMA sollicitée en microindentation par une bille rigide. Les résultats sont analysés avec des simulations numériques. L'identification du comportement viscoélastique du PMMA est obtenue à partir d'essais de relaxation. Les résultats permettent d'analyser les champs de déformation sous le contact lors de la phase de fluage. Ceux-ci montrent que la localisation du niveau maximal de déformation est prépondérante dans le caractère cicatrisant d'une empreinte

Straightforward and precise approach to replicate complex hierarchical structures from plant surfaces onto soft matter polymer

The surfaces of plant leaves are rarely smooth and often possess a species-specific micro- and/or nano-structuring. These structures usually influence the surface functionality of the leaves such as wettability, optical properties, friction and adhesion in insect–plant interactions. This work presents a simple, convenient, inexpensive and precise two-step micro-replication technique to transfer surface microstructures of plant leaves onto highly transparent soft polymer material. Leaves of three different plants with variable size (0.5–100 µm), shape and complexity (hierarchical levels) of their surface microstructures were selected as model bio-templates. A thermoset epoxy resin was used at ambient conditions to produce negative moulds directly from fresh plant leaves. An alkaline chemical treatment was established to remove the entirety of the leaf material from the cured negative epoxy mould when necessary, i.e. for highly complex hierarchical structures. Obtained moulds were filled up afterwards with low viscosity silicone elastomer (PDMS) to obtain positive surface replicas. Comparative scanning electron microscopy investigations (original plant leaves and replicated polymeric surfaces) reveal the high precision and versatility of this replication technique. This technique has promising future application for the development of bioinspired functional surfaces. Additionally, the fabricated polymer replicas provide a model to systematically investigate the structural key points of surface functionalities

Contacts adhésifs sur surfaces texturées d'élastomères : effet d'échelle

Les contacts adhésifs dont une des surfaces est micro-texturée à l'aide de motifs a soulevé une attention considérable ces deux dernières décennies. La compréhension fondamentale de ces contacts est primordiale car elle permettrait de contrôler les propriétés d’adhésion des matériaux par texturation plutôt que par fonctionnalisation chimique. Néanmoins le rôle précis des paramètres majeurs qui gouvernent ce type de contacts reste à identifier clairement. Nous allons discuter les conditions de formation d’un contact entre des hémisphères élastiques en PDMS et des surfaces micro-texturés avec des piliers hexagonaux souples, également en PDMS. Nous avons mis en œuvre le test « JKR » qui relie l’énergie d’adhésion à l'aire de la surface de contact entre l'hémisphère et l'échantillon plan. Toutefois, ce dispositif expérimental permet, outre une utilisation 'quasi-statique' classique, d'explorer en fréquence le comportement du contact : un mode dynamique a été développé à cet effet qui travaille en chargement cyclique. Ceci permet d'analyser l’effet de la sollicitation fréquentielle en fonction des paramètres des surfaces texturées. Dans un contexte de tests statiques, nous décrivons le rôle structural des piliers et discutons un phénomène d’hystérèse de contact après un chargement et un déchargement, exclusivement due au contact entre les plots et sans influence sur le comportement du contact sur plots. Dans un deuxième temps, nous montrons que la variation du rapport d'aspect des motifs de texturation de surface conduit à un comportement invariant lors de la formation d’un contact entre un hémisphère et un substrat souple élastique : l'homothétie géométrique à l'échelle étudiée conduit à des comportements au contact similaires en mode statique ainsi que dynamique

Scratchability of Soda-Lime Silica Glasses

Thèse associée au label européen (Doctor Europeus), rédigée en langue anglaise et comprend un chapitre de synthèse en langue française.This work deals with the scratch resistance of soda-lime silica (SLS) glasses with regard to environmental considerations, chemical composition of glass, load history, residual stresses and indenter geometry. A detailed phenomenology investigation allows identifying the cracks and the damage regimes that occur during micro-scratching on the considered glasses. The influence of the chemical composition is discussed through structure considerations and fractographic observations at the micro-scale. The notion of densification/shear competition in the deformation process of these glasses (related to their normal/anomalous character) appears as the key factor in the understanding of their indentation/scratch behavior.A mechanical modeling was considered to predict the damage which was identified during scratch experiments. The approach of Ahn* of an analytical solution of a scratch performed on a glass by a conical indenter (derived from Yoffe's° model for a static indentation) is extended to the present study. The development lies in two main extensions: i) the extension to the Vickers indenter geometry with the help of a 3D Finite Elements model of a Vickers static indentation, and ii) the extension to the SLS glass series by studying the densification/shear competition (experimental considerations conjugated to AFM measurements) that mainly control their indentation behavior.The results of the model are correlated to the phenomenology results obtained by experimental observations. The scratch behavior of the different glasses with regard to their normal/anomalous character is also discriminated by the model._______________________* Y Ahn, Deformation about sliding indentation in ceramics and its application to lapping. 1992, Perdue University: (USA).° E.H. Yoffe, Elastic stress field caused by indenting brittle materials, Philosophical Magazine A, 46 (4), (1982), p. 617-628.Ce travail de thèse traite de la résistance au rayage des verres silico-sodo-calciques (notés SLS) en fonction de considérations environnementales, de leur composition chimique, de l'histoire du chargement, des contraintes résiduelles et de la géométrie de l'indenteur.Une étude phénoménologique détaillée permet d'identifier les fissures et les régimes d'endommagement mis en œuvre pendant le rayage des verres considérés. L'influence de la composition chimique est discutée à la lumière de considérations structurales et d'observations fractographiques à l'échelle microscopique. La notion de compétition densification/cisaillement dans la déformation de ces verres semble être le paramètre clé pour comprendre leur comportement à l'indentation/rayure.Un modèle mécanique a alors été envisagé pour prédire les endommagements identifiés pendant les essais expérimentaux. L'approche de Ahn* donnant une solution analytique au problème du rayage par un indenteur conique (dérivé de celui de Yoffe° pour une indentation statique) est dans cette étude généralisée. Le développement réside en deux extensions principales: i) l'extension à la géométrie de l'indenteur Vickers grâce à un modèle par éléments finis 3D de l'indentation statique par un Vickers et ii) l'extension aux verres de la famille SLS en étudiant la compétition densification/cisaillement (par des considérations expérimentales couplées à des mesures par AFM) qui contrôle principalement leur comportement à l'indentation.Les résultats du modèle sont corrélés par les résultats phénoménologiques et les observations expérimentales. Le comportement à la rayure des différents verres au regard de leur caractère normal/anormal est également discriminé par le modèle._______________________* Y Ahn, Deformation about sliding indentation in ceramics and its application to lapping. 1992, Perdue University: (USA).° E.H. Yoffe, Elastic stress field caused by indenting brittle materials, Philosophical Magazine A, 46 (4), (1982), p. 617-628

Rayabilité des verres silico-sodo-calciques

La résistance au rayage des verres silico-sodo calciques (notés SLS) est étudiée en fonction de l'environnement, de leur composition chimique, du chargement appliqué, des contraintes résiduelles et de la géométrie de l'indenteur. Les fissures et les régimes d'endommagement mis en oeuvre pendant le rayage ont été identifiés. L'influence de la composition chimique est discutée à l'aide de considérations structurales, fractographiques et de la notion de compétition densification / cisaillement dans la déformation des verres (caractère normal / anormal). Un modèle mécanique est envisagé pour prédire les endommagements expérimentalement identifiés lors du rayage. L'approche de Ahn donnant les contraintes dans le matériau lors du rayage est étendue à la géométrie de l'indenteur Vickers (étude Eléments Finis) et à la tendance à la densification des verres (mesures AFM). Les résultats du modèle sont corrélés par les observations expérimentales et le caractère normal / anormal des verres est discriminé.RENNES1-BU Sciences Philo (352382102) / SudocSudocFranceF