Fonctionnalisation de composites C/PEKK pour application aérospatiale : caractérisation, modélisation et influence sur les propriétés du composite

La reduction du poids des avions est l'un des grands defis de l'industrie aerospatiale. Afin d'atteindre les objectifs ambitieux en matiere de consommation de carburant et de reduction des emissions, des composites renforces de fibres de carbone, ont ete introduits sur le marche. Ces materiaux suscitent un interet croissant, neanmoins, ils possedent une faible conductivite electrique, ne permettant pas de garantir une protection contre la foudre. Pour cette raison, les composites charges de particules conductrices font l'objet d'activites de recherche en cours. L'objectif est le developpement de composites multifonctionnels avec des proprietes electriques accrues. Pour l'heure, la matrice thermoplastique de reference est le PEEK mais ce polymere reste toutefois cher, et sa temperature d'elaboration elevee. Dans ce but, des matrices thermoplastiques, telles que le PEKK, sont a nouveau etudiees. Entre la matiere premiere et la piece finale, la matrice thermoplastique subit plusieurs cycles de traitement a haute temperature (impregnation, consolidation, procedes d'assemblage) au cours desquelles sa capacite a cristalliser evolue sans cesse. Afin d'evaluer l'impact du procede et des constituants du composite sur les proprietes du composite, la cristallisation a fait l'objet d'une attention particuliere. Deux dispositifs experimentaux complementaires ont ete utilises afin de caracteriser la cristallisation : une platine chauffante, permettant d'appliquer un cycle thermique et d'observer la cristallisation en microscopie optique ainsi que la calorimetrie differentielle a balayage. L'influence des fibres de carbone et des particules conductrices sur la cinetique de cristallisation a ete evaluee. Une diminution des temps de cristallisation a ete observee a travers l'augmentation du taux de germination. Les donnees recueillies ont servi a developper un modele de cinetique de cristallisation identifie a travers une approche originale en se basant sur des donnees microscopiques et enthalpiques. Ce modele permet de predire les cinetiques de cristallisation des composites a matrice PEKK mais il ne permet pas de rendre compte de la microstructure finale engendree. Or, cette derniere a un impact non negligeable sur les proprietes mecaniques comme cela a ete prouve a travers des essais de nano-indentation. Pour prevoir la microstructure finale, un modele base sur l'approche pixel coloring a ete developpe. L'influence des fibres de carbone a ete introduite a travers la formation d'une phase transcristalline. Une bonne correlation est constatee entre l'approche analytique, la simulation et les donnees experimentales en termes de cinetique de cristallisation. Des caracterisations mecaniques et electriques ont ete effectuees afin d'evaluer les performances de ces nouveaux materiaux. Sur les materiaux etudies, la reponse mecanique n'est pas homogene comme observe sur des essais de traction suivis en stereo-correlation. L'etude de la sante matiere montre l'existence de defauts, en particulier, a l'echelle de la microstructure. Afin de prendre en compte ces particularites, il est ainsi necessaire de decrire plus finement la microstructure. Pour cela, la tomographie a rayons X a ete utilisee afin de caracteriser le composite. Les recents developpements de cette technique permettent, en combinaison avec des outils de segmentation, de reconstruire une geometrie representative du materiau. Cette geometrie est utilisee pour simuler le comportement mecanique ainsi que la cristallisation. Les simulations numeriques d'un VER sont capables de predire les proprietes d'un pli, puis celles du stratifie. Cette modelisation multi-echelle pourrait reduire le nombre et le cout des campagnes experimentales. Ainsi, determiner les proprietes de la structure finale en se basant sur des caracterisations et simulations a l'echelle de la microstructure est un enjeu scientifique et industriel strategique. Ce travail constitue une contribution vers cette approche.