Soutenance de Quentin Marcot (département mécanique)

Ces travaux de thèse ont pour objectif d’implémenter un essai présentant une double hétérogénéité mécanique et thermique, en vue de l’identification de lois de comportement de matériaux par méthode inverse.

Dans l’industrie aérospatiale, les programmes de certification s’appuient de plus en plus sur la modélisation et la simulation numérique afin de réduire le nombre d’essais physiques réalisés sur les structures.

Ces processus de certification virtuels dépendent fortement de la capacité prédictive des lois de comportement pour des matériaux soumis à des chargements thermomécaniques complexes.

Les méthodes standards de caractérisation des matériaux sont généralement réalisées sur des échantillons normés et reposent sur des hypothèses d’équilibre statique (i.e., statiquement déterminé) difficiles à respecter en pratique, ce qui conduit à la nécessité de réaliser un grand nombre d’essais.

Avec l’émergence des techniques optiques de mesure des champs cinématiques et thermiques, un intérêt croissant s’est développé pour le recours à des approches statiquement indéterminées, permettant la calibration de modèles de comportement à partir d’informations hétérogènes, et ainsi de réduire le nombre d’essais requis. Ce nouveau paradigme d’essai a été nommé Material Testing 2.0.

Jusqu’à présent, ces méthodes ont été principalement appliquées à des essais présentant des hétérogénéités en termes de déformations et de vitesses de déformation.

Bien que des études récentes aient exploité des essais présentant une double hétérogénéité en vitesse de déformation et en température, celles-ci ont utilisé des gradients de température générés à l’aide de machines d’essai thermomécanique de type Gleeble, ce qui limite à la fois la gamme de température atteignable et la distribution spatiale des températures.

Dans ces travaux, une nouvelle méthodologie expérimentale est développée pour introduire un gradient thermique dans l’essai, permettant un contrôle à la fois sur la gamme de température générée et sur la position de la source de chaleur.

Pour cette preuve de concept, un polymère viscoélastique (PMMA) a été choisi en raison de sa sensibilité à la température dans des gammes relativement faibles. La Méthode des Champs Virtuels est utilisée pour la caractérisation du matériau.

Des travaux numériques permettent de démontrer la fiabilité de cette approche pour l’identification du comportement viscoélastique linéaire, aussi bien en conditions isothermes que non isothermes.

Concernant la partie expérimentale, un système de génération de gradient thermique est mis en place.

Ensuite, une méthodologie d’analyse est introduite, s’appuyant sur des outils permettant le suivi lagrangien des données cinématiques et thermiques dans un même repère.

Les biais de mesure associés à l’introduction d’un champ de température hétérogène dans l’essai sont ensuite analysés.

Enfin, une campagne  expérimentale est menée à partir de la méthodologie développée pour la caractérisation du PMMA. 

• M.Bertrand LANGRAND DMAS, ONERA, Co-directeur de thèse
• M. Benoît BLAYSAT, Université Clermont-Auvergne, Rapporteur
• M. Jean-Luc BOUVARD, CEMEF - Mines Paris | PSL Research University, Rapporteur
• Mme Julie DIANI, Laboratoire de Mécanique des Solides, Ecole Polytechnique, Examinatrice
• M. Rian SEGHIR, Nantes Université, Ecole Centrale Nantes, CNRS, GeM, UMR 6183, Examinateur
• Mme Delphine NOTTA-CUVIER, LAMIH UMR CNRS 8201 - Département Mécanique (Department of Mechanics), Director of International Master Transportation & Energy INSA Hauts-de-France, Université Polytechnique Hauts-de-France, Examinatrice
• M. Thomas FOUREST DMAS, ONERA, Co-encadrant de thèse
• M. Fabrice PIERRON, MatchID Nv, Co-directeur de thèse