Etude par tomographie X et modélisation par éléments finis du comportement mécanique des mousses solides

Abstract

Les mousses constituent une classe de matériaux très importante de part leur champ dapplication (allégement de structure, protection contre les chocs, isolation thermique et sonore, etc) et leur poids économique qui se situe au niveau de laluminium ou du verre. Le besoin doptimiser les performances et daméliorer la sécurité nécessite que lon ait une bonne connaissance de la relation entre leurs propriétés et leur microstructure. Lapparition de techniques expérimentales permettant de caractériser en 3D la répartition de la matière (tomographie X) puis son comportement sous sollicitations mécaniques (essais in situ), et la nécessité de mieux comprendre pour pouvoir optimiser ces matériaux, motivent les nouveaux outils présentés dans ce travail de thèse. Dans ce cadre général, lobjectif particulier de cette thèse est la compréhension des mécanismes qui interviennent lors de la déformation des mousses et le développement dun outil de modélisation capable den rendre compte de manière prédictive. Le problème central auquel nous nous sommes attaqués est la décorrélation des rôles respectifs de la nature du matériau et de l\u27arrangement spatial de la phase solide. Notre démarche sest scindée en deux parties. Une partie expérimentale dont le but est de caractériser mécaniquement et morphologiquement une mousse modèle de polyuréthane. Une partie modélisation qui vise à mettre au point un outil numérique capable de rendre compte de la structure réelle de la mousse. Les deux parties se rejoignent enfin pour valider la technique de modélisation à partir des observations expérimentales. Une foi validée, la technique de modélisation est appliquée à dautres types de mousses et en particulier des mousses daluminium de faible densité à cellules ouvertes et fermées. La technique de modélisation est par la suite mise à profit pour étudier leffet des propriétés du matériau solide sur le comportement des mousses à travers la variation des paramètres dentrée des modèles étudiés ainsi que leur comportement sous dautres modes de sollicitation que la compression notamment en traction, en torsion et sous chargement multiaxial