Dissertations / Theses: 'Carbone – Composites'

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Labruquère, Sandrine. "Protection interne contre l'oxydation des composites carbone/carbone." Bordeaux 1, 1998. http://www.theses.fr/1998BOR10676.

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Abstract:

L'utilisation prolongee des composites carbone/carbone (c/c) en atmosphere oxydante est limitee par l'oxydation du carbone qui est effective au-dela de 450\c. L'oxydation des composites se fait preferentiellement au niveau des interfaces fibre-matrice (zones de faible cohesion) et elle progresse tres rapidement de la surface vers le cur du composite. Le present travail a porte sur la recherche de protections internes permettant d'ameliorer la resistance a l'oxydation des composites c/c. Dans un premier temps, les fibres ont ete soit traitees a l'aide d'inhibiteurs d'oxydation (h 3po 4, h 3bo 3) soit revetues de depots a base de bore, silicium ou phosphore par depot chimique en phase vapeur soit encore implantees avec des ions b +. Le comportement en atmosphere oxydante des fibres ainsi traitees, a ete examine. Dans une seconde etape, les preformes traitees ont ete infiltrees de carbone et la resistance a l'oxydation de ces composites a ete etudiee. La presence d'un depot si-b-c riche en bore de 100 nm au niveau de l'interface fibre-matrice conduit a une forte amelioration de la resistance a l'oxydation du composite. Enfin, le comportement mecanique a temperature ambiante de composites c/c elabores a l'aide de fibres de carbone pretraitees, ayant subi ou non un vieillissement a l'air en temperature, a ete caracterise de facon comparative.

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Brender, Patrice. "Etude de l'influence de la température sur les réactions tribochimiques des matériaux carbonés : Application au freinage aéronautique de composites Carbone/Carbone." Thesis, Mulhouse, 2012. http://www.theses.fr/2012MULH5872.

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Abstract:

L’objectif de ce travail est d’étudier quantitativement l’évolution des propriétés de surface des matériaux carbonés et leur réactivité dans les conditions proches de celles rencontrées lors du taxiage des avions. Les essais de freinage ont été réalisés à l’aide d’un Banc d’Essai Tribométrique à Simulation Inertielle. Les composites C/C frottés et les débris d’usure sont caractérisés par des techniques non-conventionnelles multi-échelles. Les composites frottés (dans leur totalité) et les débris d’usure sont caractérisés par thermo-désorption programmée et chimisorption d’oxygène. Ces analyses permettent de déterminer la nature et la quantité de groupes fonctionnels et la teneur en sites actifs, caractéristique de la réactivité intrinsèque du carbone et responsable de l’interaction avec les espèces gazeuses de l’environnement. Ces caractérisations sont complétées par des analyses morphologiques, structurales et texturales par microscopies, diffractions des rayons X, adsorption de gaz. L’analyse des caractéristiques physico-chimiques des débris d’usure et des disques frottés permet de remonter aux réactions tribochimiques ayant eu lieu dans le contact : des réactions chimiques entre l’oxygène ou l’eau et les liaisons C-C rompues ont été mises en évidence. Un modèle permettant de justifier les différences de propriétés tribologiques lors des essais de taxiage a été proposé. Ce modèle, basé sur la réactivité du système et sur les propriétés de l’interface de frottement, permet d’élucider les problématiques liées à la température dans ce type de système
The objective of this work is to study quantitatively the evolution of carbon materials surface properties and reactivity under breaking conditions similar to those encountered during taxiing. The breaking tests were carried out using a Tribometric Test Bench. The rubbed C/C composites and the wear debris collected are then characterized by mutiscale unconventional techniques. The whole rubbed composites and the wear debris are characterized by Temperature-Programmed Desorption and by oxygen chemisorption. These analyzes are used to determine the nature and amount of functional groups and the content of active sites that is characteristic of the reactivity of the carbon material and also responsible of its interaction with the surrounding environment. The characterizations are completed by morphological, structural and textural analysis, such as Electron Microscopy, X-Ray Diffraction and gas adsorption. The analysis of the physic-chemical characteristics of wear debris and of the rubbed discs enables to evidence the tribochemical reactions occurring in the mechanical contact: chemical reactions between oxygen or water and the broken C-C bonds have been evidenced. A model is finally proposed, justifying the differences in the tribological properties during taxiing tests. The later is based on the carbon reactivity and on the interface properties and justify the temperature dependence of this system

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Mauchin, Agnès. "Comportement mécanique à haute température de composites carbone/carbone." Bordeaux 1, 1997. http://www.theses.fr/1997BOR10676.

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Abstract:

Le comportement mecanique en traction de composites carbone/carbone evolue avec la temperature. Cette evolution a ete determinee pour des composites c/c a architecture 2,5 d grace a des essais de traction jusqu'a 2500c sous atmosphere inerte. Pour expliquer les tendances observees, le comportement mecanique en traction des fils de renfort (fils carbone) a ete evalue a diverses temperatures jusqu'a 2000c, puis le comportement des composites c/c a ete analyse a temperature ambiante, et enfin l'effet de la temperature sur les differentes caracteristiques mecaniques et morphologiques sur l'endommagement et sur l'emission acoustique a ete examine. Finalement, la contribution de facteurs preponderants tels que les proprietes des fibres, l'endommagement de la matrice, les contraintes residuelles a ete etablie.

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Fradet, Guillaume. "Physico-chimie de l’interface fibres/matrice : applications aux composites Carbone/Carbone." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR14948/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur la physico-chimie de l'interface fibre/matrice appliquée aux composites Carbone/Carbone. La surface des fibres de carbone est modifiée par divers traitements de surface (voie gazeuse et voie humide). L'impact de ces différents procédés sur l'état de surface des fibres a été évalué par chromatographie gazeuse en phase inverse à dilution infinie, MEB, AFM, MET, RAMAN… Suite à ces caractérisations, des traitements de surface ont été retenus pour la réalisation de composite C/C. Les propriétés notamment mécaniques des matériaux composites à interfaces modulées (force de la liaison fibre/matrice) ont pu être évaluées. Finalement, il a pu être établi une relation entre modifications de surface des fibres de carbone et comportement macroscopique des composites C/C
This work focuses on the physical chemistry of the fiber/matrix interface applied to composites carbon/carbon. The surface of carbon fibers was modified by various surface treatments. The carbon fibers surface variation was evaluated by inverse gas chromatography at infinite dilution, SEM, AFM, TEM, Raman... After these characterizations, surface treatments were selected for the realization of C/C composites. The mechanical properties of composites at modulated interfaces (fibers/matrix bonding) were evaluated. Finally, a correlation between surface modification of carbon fibers and macroscopic behavior of composite C/C was established

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Breban, Philippe. "Composites aluminium fibres de carbone obtenus par filage." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1990. http://www.theses.fr/1990ECAP0130.

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Abstract:

La plupart des composites à matrice métalliques étudiés à l'heure actuelle sont élaborés par trois technologies principales, dont le coût relativement élevé limite les domaines d'utilisation. Pour palier cet inconvénient, nous avons travaillé à mettre au point un procédé de cofilage en phase solide. L’évolution du procédé nous a permis de résoudre les problèmes d'imprégnation du renfort par la matrice. Dans le cadre de l'optimisation des étapes de fabrication, nous avons étudié l'influence des paramètres suivants sur le comportement et les mécanismes d'endommagement du matériau: longueur des fibres, orientation du renfort et fraction volumique locale. Pour cela nous avons développé une démarche de type micro-macro fondée sur la théorie d'inclusion équivalente d'Eshelby. Nous modélisons ainsi l'influence de la microstructure sur les caractéristiques élastiques, les coefficients de dilatation et la surface seuil d'écoulement. Des calculs par éléments finis sur cellules de base à trois phases complète cette approche. Nous regardons l'influence de la répartition des fibres sur le développement de la plasticité locale. Une configuration de fibres proches de leurs voisines a un rôle prépondérant sur la propagation de l'endommagement qui se produit en tête de fibre. Nous proposons un critère analytique d'initiation de cet endommagement qui prend en compte la distribution de fraction volumique locale dans le matériau. Les résultats sont comparés à des essais de traction dans l'enceinte du microscope électronique à balayage, ou nous pouvons suivre les différentes étapes du processus de rupture. L’outil analytique développé est intégré dans une démarche originale de détermination d'une statistique d'endommagement pour une structure. Nous pouvons, ainsi, donner localement la probabilité d'endommagement d'un volume de composite en fonction de l'observation de ses distributions de microstructure, et du chargement

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Dumont, Mikaël. "Composites Carbone/Carbone 3D densifiés par imprégnation/carbonisation de brai mésophasique." Bordeaux 1, 2001. http://www.theses.fr/2001BOR12344.

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Abstract:

L'utilisation des composites C/C reste encore très limitée; des efforts importants sont menés pour développer de nouveaux procédés de fabrication moins coûteux. L'objectif de cette recherche était d'évaluer la potentialité d'une nouvelle génération de brai synthétique 100% anisotrope à taux de coke élevé comme précurseur de matrice de carbone. A partir des caractérisations du brai et de son comportement lors de la pyrolyse, un procédé de densification à basse pression a été développé. Les matériaux composites C/C ainsi réalisés ont été caractérisés au plan structural, microstructural, thermique, mécanique et en dilatation. Le comportement mécanique plus linéaire et moins endommageable comparé à celui des C/C obtenus par voie gazeuse peut être expliqué par la texture de la matrice ex-brai anisotrope et la présence de liaisons fortes fibre/matrice résultant de la réactivité du brai avec les fibres.

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Belorgey-Beaugrand, Sandrine. "Etude du procédé de densification rapide par caléfaction pour l'élaboration de composites carbone-carbone." Orléans, 2000. http://www.theses.fr/2000ORLE2027.

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Abstract:

Le procédé de Densification Rapide est un moyen d'élaboration de composites carbone-carbone qui offre un gain de temps considérable par rapport au procédé d'Infiltration Chimique en Phase Vapeur, tout en permettant d'obtenir des matériaux de qualité comparable. L'objectif du présent travail est d'améliorer la compréhension des phénomènes liés à ce procédé. L'étude est appliquée au cas des préformes Novoltex fournies par la SNECMA. Il est démontré que la densification a lieu au sein d'un film de caléfaction, et que la formation d'un dépôt de texture mosai͏̈que peut être évitée par l'utilisation d'une membrane GoreTex. Les phénomènes observés sont expliqués en terme de stabilisation du film de caléfaction au sein du poreux. L'hétérogénéité des textures du pyrocarbone est reliée au rapport de la surface accessible au dépôt sur le volume réactionnel (As/Vr). Une étude paramétrique montre qu'une surpression au niveau du réacteur améliore le rendement en carbone et la vitesse de densification, ainsi que l'homogénéité de la texture du pyrocarbone
The Rapid Densification is a suitable process for the elaboration of carbon-carbon composites. Compared to the classical Chemical Vapour Infiltration process, it offers a gain in time, while the obtained materials are the same quality. The aim of the present work is to improve the understanding of the phenomena occurring in this process. The study is applied to the densification of Novoltex preforms, from SNECMA. It is demonstrated that carbon deposition takes place within a calefaction film, and that the formation of a mosaic texture as a deposit can be avoided with the use of a Gore Tex fabric. The observed phenomena are explained in terms of stabilization of the calefaction film in the porous medium. Heterogeneities in the pyrocarbon deposit are related to the pore surface area/pore volume ratio (As/Vr). A parametric study shows that working under pressure enhance the carbon yield, the densification rate, and the homogeneity of the pyrocarbon texture

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Vautey, Philippe. "Bilan des performances mécaniques des composites carbone/thermoplastiques pour l'aéronautique." Compiègne, 1993. http://www.theses.fr/1993COMP0639.

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Abstract:

Ce travail a été orienté pour dresser un bilan des performances mécaniques des composites à matrice thermoplastique, en s'efforçant d'identifier les sollicitations élémentaires sur lesquelles sont basées les sélections matériaux, pour un concepteur de structures aéronautiques. Le composite thermoplastique APC2/AS4 de la société ICI a servi de support à cette étude. Au delà d'une comparaison thermoplastique/thermodurcissable, l'influence d'une matrice ductile sur les propriétés des stratifiés a pu être étudiée grâce à l'APC2, qui se démarque nettement des systèmes thermodurcissables plus fragiles utilisés en production à ce jour. Après que le comportement élasto-plastique marque de la matrice Peek au sein du composite ait été souligné, l'analyse des modes de ruines a permis de préciser les raisons du compromis mécanique réalisé sur stratifiés APC2 vis à vis de la traction, de la compression, et de la sensibilité aux dommages d'impact et à l'environnement. Parallèlement, des aspects spécifiques à la morphologie semi-cristalline de ce thermoplastique ont été étudiés. Des conditions limites de moulage ont été proposées pour éviter certains risques de fragilisation.

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Rovillain, Dominique. "Procédé de densification rapide et caractérisation de composites carbone/carbone." Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR10536.

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Abstract:

L'etude porte sur la comprehension d'un procede de densification rapide de composites carbone/carbone a partir d'un precurseur liquide. Sur une premiere installation de type pilote a chauffage inductif, l'influence de la temperature et des precurseurs, essentiellement aromatiques et aromatiques monohalogenes, a ete regardee. Les nouveaux precurseurs conduisent a une cinetique plus rapide et a un meilleur rendement en carbone, a un pyrocarbone toujours de texture laminaire rugueuse, polynucleee dans le cas des precurseurs halogenes, mais legerement plus desoriente que le cas du cyclohexane. Avec la realisation d'installations a l'echelle du laboratoire, nous avons pu explorer les mecanismes mis en jeu dans le procede par une mesure de la vitesse de depot observee sur un monofilament de 7 m de diametre par microscopie optique, et faire une etude de l'influence du mode de chauffage (resistif/inductif). Un modele simple permet a partir des donnees experimentales de remonter a une approximation des gradients thermiques dans la zone de densification en reliant la vitesse de depot sur les fibres et la vitesse de densification. Un second modele traite de la propagation du front de densification et est base sur la theorie asymptotique des flammes premelangees.

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Dekeyrel, Alixe. "Mise au point d’un procédé d’élaboration rapide de composites Carbone/Carbone haute densité." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14017/document.

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Abstract:

Les composites Carbone/Carbone haute densité sont généralement obtenus par voie gazeuse ou liquide (sous une pression de pyrolyse de 100 MPa), suivant des procédés contraignants. L’imprégnation de préformes fibreuses par des brais liquéfiés, sous une pression limitée à 10 MPa, permettrait de réduire certaines contraintes d’élaboration à condition de trouver des procédés pour améliorer les rendements de densification. La solution proposée dans le cadre de cette thèse est d’augmenter fortement la densité en une première étape, grâce à des techniques de densification moins classiques. Une étude bibliographique approfondie a permis de déterminer les caractéristiques importantes des brais, les différents paramètres influençant les densifications par voie liquide et des techniques de pré-densification. La cohérence entre les résultats de plusieurs techniques de caractérisation des brais, est mise en évidence lors du suivi expérimental de l’évolution de divers brais vers un carbone graphitique, sous pression modérée. Cette étude expérimentale concernant les précurseurs de matrice aboutit à la sélection d’un brai remplaçant au brai de référence A240 et au choix des paramètres du protocole de pyrolyse sous pression modérée. L’influence du réseau poreux de la préforme sur le comportement du brai pendant la densification est soulignée en comparant les rendements de densification dans une préforme 3D orthogonale et dans une préforme aiguilletée. L’intérêt des densifications mixtes (avec caléfaction, imprégnation de poudres ou de brai mésophasique) est jugé par rapport à la densité et à la microstructure des composites obtenus. Les procédés originaux de densification hybride réalisés sur les préformes aiguilletées se révèlent efficaces, puisqu’une densité apparente supérieure à 1,80 et une porosité inférieure à 15% est atteinte après quatre cycles de densification par du brai isotrope. Des mesures thermiques sur les composites C/C obtenus illustrent la relation entre microstructure et conductivité thermique. Il semble ainsi possible de moduler les propriétés macroscopiques des composites C/C grâce à l’utilisation de procédés permettant d’élaborer des composites C/C à matrices carbonées mixtes
High density Carbon/Carbon composites are usually prepared by chemical vapor impregnation or by liquid pitch impregnation under high pressure (100 MPa). As these processes are complex and costly, an alternative moderate pressure (P < 10 MPa) impregnation process may be attractive, provided the densification yield is strongly improved. This doctoral work proposes an original process, including a pre-densification step, which leads to a significant increase of the C/C composite final density. Essential characteristics of pitches, various parameters influencing liquid pitch densification and processes for the pre-densification step are determined from bibliographical study. Consistent changes of the different physico-chemical characteristics are observed throughout the evolution of pitches to graphitic carbon, under moderate pressure. This experimental study on matrix precursors leads to the selection of a particular pitch as substitute of A240 pitch and to the determination of a specific pyrolysis procedure under moderate pressure. Influence of porous network in preforms on the pitch behaviour during densification is outlined by the comparison of densification yields in both an orthogonal 3D preform and a needled preform. Hybrid densification processes (with film-boiling process, powder impregnation, mesophasic pitch impregnation) are evaluated through the final density and the microstructure of elaborated composites. High density C/C composites, with an apparent density higher than 1.80 g.cm-3 and an open porosity lower than 15%, have been prepared from a pre-densified needled preform, after four densification cycles with liquid isotropic pitch, under moderate pressure. Thermal properties measurements on these C/C composites confirm the strong relationship between microstructure and thermal conductivity. It seems possible to tailor the macroscopic properties of C/C composites, thanks to hybrid carbonaceous matrices

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Charron, Morgan. "Modélisation basée images du comportement thermomécanique de composite C/C." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0670/document.

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Abstract:

Les composites C/C sont principalement utilisés dans les applications à très haute température et notamment dans le domaine du spatial. Savoir concevoir ces matériaux est essentiel pour améliorer leurs performances et diminuer les coûts de production. Ce mémoire présente le développement d’un modèle multiéchelle basé images du comportement thermomécanique d’un composite C/C à renfort 3Daiguilleté. L’utilisation de méthodes classiques ne permet pas de décrire correctement cette architecture très complexe. La méthode CEPI (Computing Effective Properties using Images) présentée s’appuie d’une part sur les propriétés des constituants, dont certaines ont été caractérisées au laboratoire, etd’autre part sur l’architecture de ces matériaux, qui a été obtenue à partir d’une image tomographique.Les propriétés mesurées des constituants ont été directement utilisées dans un modèle microscopique de fil idéal, le modèle macroscopique étant lui directement basé sur l’image de tomographie. Les paramètres des calculs aux différentes échelles ont ensuite été étudiés et discutés pour en déterminer l’influence et permettre de valider certaines hypothèses. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux a enfin permis de valider la méthode CEPI sur le comportement mécanique linéaire et de mettre en avant les principaux axes d’améliorations pour le comportement en dilatation des ces composites
C/C composites are used in very high temperature applications, especially in space activities. The ability to design these materials is essential in order to enhance their performances and lower their production costs. This work introduces an images-based multiscale modeling of the thermomechanical behavior of a C/C needled composites. Standard methods cannot describe this very complex architecture.The CEPI model (Computing Effective Properties using Images) is based on one hand on the components properties, some of them having been characterized in the laboratory, and on the other hand on the architecture of the material which is directly obtained using tomography images. The components properties were used on a microscopic model of an idealistic yarn, while the macroscopic model was based on the CT scan data itself. The influence of the internal parameters of the method was studied and discussed, and allowed validating some hypotheses. Finally, the comparison between the numerical and experimental results validates the CEPI model on the linear mechanical behavior and stressed the key axes of improvement for the thermal expansion behavior of these composites

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Baranne, Philippe. "Mécanisme d'inhibition par l'anhydride borique de l'oxydation d'un composite carbone-carbone." Mulhouse, 1985. http://www.theses.fr/1985MULH0010.

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Zhang, Jing. "Différents traitements de surface des fibres de carbone et leur influence sur les propriétés à l'interface dans les composites fibres de carbone/résine époxyde." Thesis, Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2012. http://www.theses.fr/2012ECAP0038/document.

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Abstract:

Les matériaux composites à base de fibres de carbone (CF) sont actuellement très utilises dans le domaine de l’aérospatiale, de la construction et du sport grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques, une faible densité et une haute stabilité thermique. Les propriétés des composites dépendent fortement de la nature et de la qualité de l’interface fibre/matrice. Une bonne adhérence interfaciale permet un meilleur transfert de charge entre la matrice et les fibres. Les CFs sans traitement sont chimiquement inertes et présentent donc une faible adhérence vis-à-vis de la résine époxyde. Par ailleurs, les faibles propriétés transversales et interlaminaires limitent sensiblement la performance et la durée de vie des composites. Par conséquent, un type de renfort à base de fibres traitées est fortement souhaité pour améliorer les propriétés globales des composites, en particulier l'adhésion interfaciale entre les fibres et la matrice. Dans cette thèse, trois types de traitement de surface, l’ensimage, le traitement thermique et la croissance de nanotubes (CNTs), ont été appliqués aux CFs. En particulier, les CFs greffées de CNTs, se combinant avec les deux autres traitements, montrent la meilleure adhérence interfaciale avec la matrice époxyde. L’ensimage proposé peut améliorer la performance du CNT-CF hybride et minimiser les dommages aux fibres lors de la manipulation ultérieure tels que le transport et la préparation de composites. Tout d’abord, l’ensimage a été réalisé sur la surface des fibres par dépôt de résine époxyde en solution. L’ensimage permet de protéger les filaments au cours de la mise en oeuvre et favorise également la liaison fibre/matrice. Différentes formulations d’ensimage selon les proportions époxy/durcisseur ont été utilisées. La quantité d'ensimage déposée sur les fibres de carbone a été contrôlée en faisant varier la concentration de la solution d’ensimage. Ensuite, un traitement thermique, effectué sous un mélange de gaz à 600-750 oC, a permis de modifier la surface des CFs. L'influence de la composition du gaz, du temps de traitement et de la température sur les propriétés interfaciales des composites CFs/époxy a été systématiquement quantifiée. Enfin, des CNTs ont été greffés sur les CFs par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur en continu afin d’obtenir un nouveau type de renfort hybride multi-échelle. Les CNTs greffés permettent d’augmenter la surface de contact et d’améliorer l’accrochage mécanique de la fibre avec la résine. De plus, ils pourraient améliorer la résistance au délaminage, les propriétés électriques et thermiques des composites. Les CFs greffées de CNTs de différentes morphologies et densités ont été produites en faisant varier les conditions de croissance. Après le traitement de surface, les essais de fragmentation ont été menés afin d’évaluer la résistance au cisaillement interfacial (IFSS) des composites CFs/époxy. Par rapport aux fibres vierges, l’ensimage et le traitement thermique ont contribué à une augmentation de l'IFSS de 35% et de 75%, respectivement. L'adhésion interfaciale entre la matrice époxyde et les fibres greffées avec CNTs pourrait être adaptée en faisant varier la morphologie, la densité de nombre et la longueur de CNT. Les CFs greffées avec 2% en masse de CNTs (10nm de diamètre) ont entraîné une amélioration de l'IFSS de 60%. Un traitement thermique et un ensimage pourraient contribuer à une augmentation supplémentaire de 108%. Il convient de mentionner que la dégradation des fibres n’a pas été observée après les divers traitements précédemment évoqués. Les résultats de ces travaux pourraient mener au développement de ces techniques à plus grande échelle pour la conception de structures à base de composites CFs/époxy
Carbon fiber (CF)-reinforced polymer composites are widely used in aerospace, construction and sporting goods due to their outstanding mechanical properties, light weight and high thermal stabilities. Their overall performance significantly depends on the quality of the fiber-matrix interface. A good interfacial adhesion provides efficient load transfer between matrix and fiber. Unfortunately, untreated CFs normally are extremely inert and have poor adhesion to resin matrices. Meanwhile, poor transverse and interlaminar properties greatly limit the composite performance and service life. Therefore, a new kind of fiber-based reinforcement is highly desired to improve the overall composite properties, especially the interfacial adhesion between fiber and matrix. In this thesis, three kinds of surface treatment, including sizing, heat treatment and carbon nanotube (CNT) growth, were applied to CFs. In particular, CFs grafted with CNTs, combining with the other two treatments demonstrate superior interfacial adhesion to the tested epoxy matrix. The proposed epoxy sizing can improve the CNT-CF hybrid performance and prevent fiber damage during the subsequent handling such as transport and composite preparation. Firstly, epoxy-based sizing was applied onto the CF surface by the deposition from polymer solutions. Sizing could not only protect the carbon fiber surface from damage during processing but also improve their wettability to polymer matrix. A detailed study was conducted on the influence of the ratio of epoxy and amine curing agent in the sizing formulation. The sizing level on the fiber surface was controlled by varying the concentration of polymer solutions. Secondly, heat treatment in a gas mixture at 600-750 oC was used to modify the carbon fiber surface. The effect of gas mixture composition, treatment time and temperature on the interface was evaluated systematically. Thirdly, CNTs were in-situ grafted on the carbon fiber surface by a continuous chemical vapour deposition (CVD) process to obtain hierarchical reinforcement structures. These hybrid structures have the potential to improve the interfacial strength of fiber/epoxy composites due to the increased lateral support of the load-bearing fibers. Meanwhile, the CNT reinforcement could improve the composite delamination resistance, electrical and thermal properties. The CF grown with CNTs of different morphologies and densities were produced by varying CVD conditions. After the surface treatment, single fiber fragmentation test was used to assess the interfacial shear strength (IFSS) of carbon fiber/epoxy composites. Compared with the as-received CFs, the epoxy sizing and the heat treatment contributed to an improvement in IFSS of up to 35% and 75%, respectively. The interfacial adhesion between epoxy matrix and CNT-grafted fibers could be tailored by varying the CNT morphology, number density and length. The CFs grafted with 2 wt% CNTs of 10 nm in diameter resulted in an improvement in IFSS of around 60%. A further heat treatment and epoxy sizing could contribute to an additional increase of 108%. It’s worth to mention that no significant strength degradation of the fibers was observed after the surface treatments. This work could support the development of large-scale approach to CF surface treatment, and throw light on the design of structurally efficient CF/epoxy composites

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Louys, François. "Rôle des interfaces dans le mécanisme d'oxydation des composites carbone-carbone." Mulhouse, 1985. http://www.theses.fr/1985MULH0000.

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Este, Alexia. "Modélisation de l’endommagement d’un composite 3D carbone/carbone : comportement à température ambiante." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0006/document.

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Abstract:

Les composites 3D C/C sont utilisés dans l’industrie aérospatiale ou nucléaire pour leurstrès bonnes propriétés mécaniques à haute température. Afin d’assurer une intégrité optimaledes structures, la connaissance du comportement mécanique du composite, et plus particulièrementde ses mécanismes de rupture, est essentielle.Dans ce but, ce travail présente une modélisation de l’endommagement d’un composite3D C/C à température ambiante. Pour cela, une approche de modélisation à l’échelle mésoscopiquea été adoptée. A cette échelle, le composite 3D C/C présente deux types deconstituants : les baguettes de fibres de carbone et la matrice carbonée. Le comportement dechacun de ces méso-constituants est modélisé par une loi de comportement élastique endommageable(isotrope pour la matrice, orthotrope pour les baguettes) nécessitant un nombrede paramètres restreint. L’identification de ces paramètres repose sur des données expérimentalestirées de travaux antérieurs ainsi que celles issues d’une campagne expérimentale,menée durant la thèse, visant à compléter la connaissance du comportement mécanique ducomposite 3D C/C à l’échelle mésoscopique. Par ailleurs, des essais macroscopiques ont étéréalisés afin de valider le modèle développé. Les réponses expérimentales d’essais de flexion4 points et de flexion 3 points sont notamment bien reproduites par le méso-modèle
3D C/C composites are commonly employed in aerospace industry due to their outstandingmechanical properties at high temperatures. In order to ensure the integrity of structures,knowledge of the composite mechanical behaviour and fracture mechanisms is crucial.For this purpose, damage modeling of a 3D C/C composite, at room temperature, isproposed in which a meso-scale approach is considered. At this description scale, 3D C/Ccomposites are made of two materials : carbon fibers yarns and carbon matrix. Each materialbehavior is modeled by an elastic damage law (isotropic for matrix, orthotropic for yarns)with a limited number of parameters.The parameters identification process is based on experimentaldata obtained from previous work and from an experimental campaign carried outthrough this thesis work. This campaign aimed to a greater understanding of the materialmechanical behavior at mesoscopic scale. Furthermore, experimental tests were carried outto validate the composite modeling. It is shown that experimental reponses obtained fromfour-point and three-point bending tests are particularly well described from the proposedmesoscopic model

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R'Mili, Mohamed. "Application de la mécanique de la rupture au composite carbone-carbone bidirectionnel." Lyon, INSA, 1987. http://www.theses.fr/1987ISALA028.

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Abstract:

Le travail présenté traite de l'application de la mécanique de la rupture au cas des composites carbone-carbone 2D. Le comportement du matériau n'est pas parfaitement fragile et ne peut de ce fait, être décrit par un paramètre unique, mais plutôt par une courbe de résistance à la propagation de la fissure, en fonction de son accroissement. Différentes méthodes de détermination de cette courbe sont décrites. Elles sont basées sur des mesures de complaisances, et d'aires sous la courbe charge-déplacement. Le matériau étudié est un composite carbone-carbone 2D élaboré par la S. E. P. Et la propagation de la fissure est 6tudi6e Suivant les deux configurations : fissure perpendiculaire au renfort, fissure parallèle au renfort. Les résultats montrent que l'analyse non linéaire est plus adaptée. Il apparaît que les courbes de résistance obtenues sont une propriété intrinsèque du matériau.

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Després, Jean-François. "Les interphases de carbone pyrolytique dans les composites carbone-carbure de silicium." Pau, 1993. http://www.theses.fr/1993PAUU3021.

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Abstract:

Pour conférer des propriétés satisfaisantes à un composite où sont unis fibres de carbone et carbure de silicium, il semble indispensable d'interposer une troisième phase : une interphase de carbone pyrolytique. L'interphase, en améliorant le comportement par un transfert de charge effectif depuis la matrice sur les fibres, n'élève pas systématiquement les niveaux de contrainte et d'allongement à la rupture. Il faut donc, à l'aide du microscope électronique par transmission, rechercher une origine à cette dispersion en étudiant la nanotexture de l'interphase. Ainsi il a été possible d'extraire trois familles de comportement mécanique. La corrélation étant mise en évidence, l'interprétation qu'elle suggère conduit à préférer une liaison pyrocarbone/matrice plutôt de faible force, une liaison trop forte induisant un comportement fragile. Enfin après avoir compris le fonctionnement d'un composite interphase, une ébauche d'étude d'élaboration de pyrocarbone sur substrat plan a examiné les relations textures/paramètres physiques (T et temps). On a pu se rendre compte de la double évolution de l'organisation de la texture qui diminuait pour une augmentation de température ou de la durée du dépôt. Ainsi, pour une loi cinétique simple, la quantité et la qualité du dépôt sont deux aspects antagonistes.

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Dupuy, Diane. "Comportement thermomécanique de composites réfractaires oxyde-carbone." Thesis, Limoges, 2015. http://www.theses.fr/2015LIMO0108.

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Abstract:

Cette thèse avait pour objectif d’étudier les relations existant entre la microstructure de réfractaires alumine-carbone utilisés en coulée continue dans l’industrie sidérurgique et leurs propriétés thermomécaniques. Le travail réalisé ici s’inscrit dans une logique composite, en déterminant les propriétés thermomécaniques des constituants séparément et en analysant ensuite les propriétés des matériaux multiphasiques. Différents systèmes de matériaux modèles ont été étudiés en s’intéressant à deux échelles : agrégats et matrice. Ces matériaux sont constitués d’une part, d’un squelette de graphite et d’agrégats d’alumine et d’autre part d’une matrice carbonée chargée en petits grains d’alumine. La liaison carbone de ces matériaux résultant de la pyrolyse d’une résine phénolique, les propriétés thermomécaniques des matériaux modèles élaborés ont été analysées à la fois pendant et après le traitement thermique de pyrolyse. L’évolution des propriétés au cours de la pyrolyse des échantillons réticulés a mis en évidence l’apparition d’un léger endommagement en fin de montée en température, et un endommagement plus prononcé lors du refroidissement. Cet endommagement résulte d’un différentiel de dilatation thermique entre les grains d'alumine et la liaison carbone. L'influence de ces effets microstructuraux sur le comportement mécanique des matériaux pyrolysés a été étudiée grâce à des essais de traction, mettant en évidence un comportement non-linéaire assez marqué. Des relations entre la fraction volumique et les propriétés physiques clés des matériaux ont pu être établies. Par ailleurs, les résultats obtenus ont montré qu’un changement de composition relativement peu important peut modifier radicalement les propriétés thermomécaniques de ces matériaux. Cette étude sur des matériaux modèles a permis de dégager des pistes pour une amélioration des compositions industrielles
The present thesis aimed at investigating the relationships existing between the microstructure of alumina-carbon refractories used in steel continuous casting and their thermomechanical properties. The work realized here fall within a composite approach, by determining thermomechanical properties of the single constituents of the materials and analyzing then the properties of the heterogeneous composites. Different systems of double scale model materials, constituted of graphite and alumina aggregates in one hand, and of carbon matrix loaded with fine alumina grains on the other hand were studied here. The carbon bond of these materials resulting from pyrolysis of phenolic resin, the thermomechanical properties of the elaborated model materials were analyzed both during and after the pyrolysis heating treatment. The properties evolutions of the cured samples during the pyrolysis highlighted a slight damage during the end of heating and important damage during cooling, due to a thermal expansion mismatch between the alumina grains and the resin/carbon bond. The influence of the thermal damage has been investigated thanks to tensile tests on the pyrolyzed materials, which exhibit a rather strong non-linear behavior. Relationships between volume fraction and physical key-properties of the materials have been established. Besides, the obtained results highlighted that a small change in composition can drastically change the thermomechanical properties of these materials. This overall study on model materials allowed to develop some ideas in order to improve industrial compositions

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Vittecoq, Éric. "Sur le comportement en compression des composites stratifies carbone-epoxy." Paris 6, 1991. http://www.theses.fr/1991PA066381.

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Abstract:

Le comportement de traction de la couche élémentaire d'un stratifie unidirectionnel est actuellement assez bien connu. Dans la direction des fibres, notamment, il est du type élastique linéaire fragile. Le comportement de compression, quant à lui, semble différent, tout particulièrement dans le cas de fibres à très haute résistance. Ce comportement étant le plus souvent caractérise a partir d'essais de compression assez rudimentaires, l'interprétation des résultats est délicate et rend difficile la connaissance des modules et valeurs a rupture. Il apparaît nécessaire de mettre en ouvre un essai permettant d'avoir accès, de façon précise, au comportement de compression. C'est pourquoi un montage de flexion 4 points spécialement étudie pour les composites stratifies a été mis au point. Afin de solliciter l'éprouvette en flexion pure, ce montage a été reaalise au moyen d'éléments déformables qui permettent d'éliminer les sollicitations parasites, et de ne pas perturber le champ de contrainte au voisinage des points d'application des efforts. Des essais ont été réalises sur deux matériaux a matrice époxy (bsl 914) et fibres de carbone a haute et très haute résistance (t300 et im6). Ils ont mis en évidence un comportement de compression élastique non linéaire fragile. Il n'y a donc pas d'endommagement dans la direction des fibres. Les résultats obtenus confirment cependant la faiblesse relative de ce type de matériau en compression, avec une chute d'environ 20% de la contrainte a rupture et de 30% du module. Un modèle micro-mecanique, prenant en compte les défauts de rectitude des fibres permet d'expliquer la perte de rigidité observée en compression. Son identification est cependant délicate, et c'est un modèle plus simple qui est développe, identifie et valide. Les résultats obtenus sont très satisfaisants, et son intégration à un code de calcul ne présente pas de difficultés particulières

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Chamroune, Nabil. "Matériaux composites Aluminium/Carbone : architecture spécifique et propriétés thermiques adaptatives." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0140/document.

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Abstract:

Les matériaux composites à matrice métallique (CMM) sont actuellement étudiés pour être utilisés dans de nombreux domaines d’application. L’une des applications potentielles concerne leur utilisation en tant que drain thermique pour les modules de puissance. Pour cette application, deux conditions sont requises : une conductivité thermique (CT) élevée pour évacuer la chaleur générée par la puce électronique et un coefficient d’expansion thermique (CTE) proche du substrat céramique (2-8×10-6 /K) utilisé dans le module de puissance.Ainsi des matériaux composites à matrice aluminium (Al : CT de 217 W/m.K et CTE de 24×10-6 /K) et à renfort plaquette de graphite (GF : CT de 1000 W/m.K et CTE de -1×10-6 /K dans le plan de la plaquette) ont été élaborés. Ces matériaux composites ont été fabriqués par Métallurgie des Poudres (MP) conventionnelle mais aussi par un procédé original nommé Flake Powder Metallurgy (FPM). Ce procédé, qui consiste à utiliser une poudre métallique à morphologie plaquette, a permis d’optimiser l’orientation des renforts plaquette dans un plan perpendiculaire à la direction de densification sous l’action d’une pression uniaxiale. De plus, ce procédé a permis d’obtenir une meilleure adhésion entre la matrice et le renfort comparé aux matériaux composites élaborés par MP conventionnelle. Cela a abouti à une amélioration de la CT qui est passée de 400 W/m.K à 450 W/m.K pour un taux de renfort de 50%vol. Néanmoins, concernant la dilatation thermique, des CTE de 21,8×10-6 /K et 21,7×10-6 /K ont été obtenus par MP et FPM respectivement, ce qui est incompatible avec l’application visée.Pour surmonter cette problématique, des matériaux composites à renfort multiple ont été élaborés par frittage en phase liquide. Ainsi des fibres de carbone (FC) ont été rajoutées à l’aluminium et aux plaquettes de graphite. L’ajout de ce second renfort au graphite a permis de diminuer de manière importante le CTE des composites Al/(GF+FC) avec une faible proportion en FC tout en maintenant une haute CT. De plus les matériaux composites Al/(GF+FC) présentent des CTE nettement inférieurs aux composites Al/FC avec un %vol. de FC équivalent. Ainsi des matériaux composites Al/(GF+FC) ont été élaborés par frittage en phase liquide permettant d’obtenir une CT de 400 W/m.K (comparable à la CT du cuivre) et un CTE de 8×10-6 /K (comparable au CTE de l’alumine). De plus la légèreté de l’aluminium confère aux matériaux composites Al/C une faible densité (d=2,4). Par conséquent, les matériaux développés dans cette étude sont prometteur en tant que drain thermique léger, notamment dans le domaine de l’électronique embarquée
Many carbon/metal composites are currently used in several applications. One of them concerns their use as heat sinks in microelectronics. Concerning this application, two conditions are required: a high thermal conductivity (TC) in order to evacuate the heat generated by the electronic chip and a coefficient of thermal expansion (CTE) similar to the used material type of the electronic device (2-8×10-6 /K).Therefore, graphite flakes (GF; TC: 1000 W/m.K and CTE: -1×10-6 /K in the graphite plane) reinforced aluminum matrix (Al; TC: 217 W/m.K and CTE: 25×10-6 /K) composites were fabricated. These composite materials were fabricated by Powder Metallurgy (PM) and Flake Powder Metallurgy (FPM). This process, which consist to use a flattened metallic powder, helped to improve the in-plane orientation (perpendicular to the pressure direction) of GF under uniaxial pressure. Moreover, this process provided a better Al-C interface thanks to a planar contact between the matrix and the reinforcements. This resulted in an improvement of the CT from 400 W/m.K to 450 W/m.K for a reinforcement content of 50 vol.%. Nevertheless, regarding thermal dilation, CTEs of 21.8×10-6 /K and 21.7×10-6 /K were obtained by MP and FPM respectively, which is incompatible with the intended application.To overcome this problem, composite materials with multiple reinforcement were developed by solid-liquid phase sintering. Then, carbon fibers (CF) have been added to aluminum and graphite flakes. The addition of CF to GF reinforcement reduced significantly the CTE of the Al/(GF+CF) composites with a small proportion of CF, while preserving a high TC. In addition, the Al/(GF+FC) composite materials have significantly lower CTEs than the Al/CF composites with a equivalent vol.% of CF. Therefore, Al/(GF+CF) composite materials were developed by solid-liquid phase sintering to obtain a TC of 400 W/m.K (comparable to the TC of copper) and a CTE of 8×10-6 /K (comparable to the CTE of alumina). In addition, the lightweight of aluminum gives composite materials Al/C a low density (d = 2.4 g/cm3). Therefore, the composite materials developed in this study are promising as a lightweight heat sink in microelectronic industries

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Souquet-Grumey, Julien. "Fonctionnalisation de nouveaux composites carbone-carbone et leur valorisation en catalyse hétérogène." Poitiers, 2010. http://www.theses.fr/2010POIT2316.

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Laurent, Fabrice. "Croissance de nanotubes de carbone sur des fibres de carbone : application aux matériaux composites." Thesis, Mulhouse, 2016. http://www.theses.fr/2016MULH7632/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse s’est inscrit dans le cadre du développement de la technologie flamme oxyacétylénique pour la synthèse de nanotubes de carbone (NTC) au Laboratoire de Physique et Mécanique Textile. La simplicité et l’originalité de ce procédé en font un candidat très sérieux pour envisager la mise en œuvre d’un pilote industriel pour la production de fibres de renforcement multidimensionnelles, notamment composées de fibres de carbone sur lesquelles ont cru de nanotubes de carbone. Ce travail a consisté à :- Réaliser une étude bibliographique sur les procédés de croissance de NTC,- Etablir la preuve de concept de la croissance des nanotubes sur des fibres,- Concevoir et réaliser un dispositif assurant une bonne maîtrise de la croissance,- Mettre au point le procédé de croissance sur des fibres,- Identifier les principaux paramètres influençant la qualité et la quantité des nanotubes,- Caractériser les nanotubes obtenus,- Faire croître ces nanotubes sur des fibres de carbone,- Intégrer des nouveaux matériaux multidimensionnels dans des matrices afin de réaliser des matériaux composites structurels,- Caractériser ces matériaux,- Décrire les mécanismes de croissance dans la flamme.Notre effort a porté sur le traitement des fibres avant exposition à la flamme et à évaluer les conditions de croissance des NTC en faisant varier notamment, la température d’exposition des fibres et la qualité des catalyseurs de croissance. Après synthèse des NTC sur les fibres de carbone et leur caractérisation nous avons réalisé des matériaux composites. Nous avons mesuré que les NTC améliorent significativement le module d’Young des composites mais altèrent sensiblement la contrainte à la rupture. Les propriétés électriques longitudinales et transversales sont améliorées d’un facteur 8 et 5 respectivement. Nous avons proposé des mécanismes de croissance des NTC. Ces mécanismes sont directement en relation avec propriétés physiques et chimiques des particules de catalyseur
The research presented in this work aims to develop the oxyacetylene flame method for the Carbon Nanotubes (CNT) synthesis at the Laboratory of Physics and Mechanics of Textiles. The simplicity and the degree of innovation of this process make of it a serious candidate for manufacturing a pilot in order to produce new kind of tridimensional material made of CNT having grew on carbon fibres. This work consisted of:- Make a bibliographic study,- Establish a proof of concept of the growth of CNT,- Design and manufacture a device allowing process control,- Setup the process of growth on the fibres,- Identify the main parameters influencing CNT quality and quantity,- Characterize CNT,- Assume the CNT growth on carbon fibers,- Integrate these multidimensional materials into an organic matrix to realize structural composite materials,- Characterize these materials,- Describe and explain the growth mechanism in the flame.First, we focused our work on the fibres chemical treatment before flame exposition to evaluate the NTC growth conditions by varying notably, the fibres exposition temperature and the quality of the catalysts. After, the NTC syntheses on carbon fibres (CF) was done. The multidimensional product was characterized par various examinations and analyses. Composite materials were molded with epoxy resin to evaluate mechanical properties of NTC-FC. Young’s modulus was increased and tensile strength at break decreased. Transverse and longitudinal electrical properties were increased by 500 to 800 % respectively. Finally, we proposed NTC growth mechanisms. They are directly linked to the chemical and physical catalyst particles properties

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Bertran, Xavier. "Comportement en milieu oxydant d’un composite carbone/carbone pour applications structurales entre 150 et 400°c dans l’aéronautique civile." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR14922/document.

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Abstract:

L’utilisation d’un composite Carbone/Carbone 2D est envisagée pour des pièces de structure, travaillant entre 150 et 400°C, dans l’aéronautique civile. Dans ce domaine de température, la durabilité de ces matériaux n’est pas connue car ils n’ont jamais été développés pour de telles applications. Une première approche a permis de corréler la réactivité chimique des constituants élémentaires (fibres et matrices) à leur état d’organisation structurale. Les vieillissements réalisés sur matériau composite ont ensuite mis en évidence qu’un faible taux d’oxydation pouvait conduire à un abaissement significatif des propriétés mécaniques résiduelles. Les fissures et les décohésions consécutives au procédé d’élaboration conduisent à une oxydation préférentielle du composé le plus réactif et à la ruine prématurée du composite par délaminage. L'évolution des propriétés de ce matériau sur de longues durées est finalement discutée afin d’évaluer sa capacité à remplacer les matériaux métalliques dans des pièces aéronautiques
A 2D Carbon/Carbon composite is envisaged for structural parts, operating between 150 and 400°C, in civil aircraft. In this temperature range, the durability of these materials remains unknown because they have never been developed for this kind of applications. A first approach allowed us to correlate the chemical reactivity of the elemental constituents (fiber and matrix) to their structural organization. Then, thermal ageing tests performed on the composite material have demonstrated that a low rate of oxidation could be responsible to a significant reduction of residual mechanical properties. Cracks and fiber/matrix debonding resulting to the elaboration process create an extended pathway to a preferential oxidation of the most reactive compound. This latter is followed by a premature failure by delamination. The reduction of the material properties over long periods is finally discussed in order to evaluate its ability to replace metallic materials in aircraft structural parts

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Guillaud, Nicolas. "Tolérance aux dommages générés par impact de structures composites épaisses. Application aux réservoirs composites hyperbares." Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0040/document.

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Abstract:

Cette thèse s'est déroulée dans le cadre du projet TOLEDO (Tolérance aux dommages par impact des réservoirs hyperbares) piloté par Air Liquide en partenariat avec le CEA Le Ripault et l'institut PPRIME.L'hydrogène est stocké au sein de réservoirs de type IV à une pression de service de 700 bar.Ces structures composites présentent comme particularités d'être épaisses (> 30 mm), d'avoir une forte courbure et d'être préchargées en pression lors d'un éventuel impact.Notre travail a montré que ces particularités modifient le type, la quantité et la localisation des différents endommagements couramment observés (rupture de fibres, délaminage et fissuration matricielle).Les endommagements ont pu être quantifiés par le biais de méthodes simples et originales.L'influence des particularités sur le comportement à l'impact a pu être déterminée par l'utilisation de deux dispositifs expérimentaux conçus et réalisés au cours de cette thèse.Le premier permet de précontraindre en tension uniaxiale des plaques composites épaisses.Le second permet de précharger en état de membrane un tube composite ce qui a permis de montrer que le cas d'impact le plus critique vis-à-vis des réservoirs est lorsque ces derniers sont vides.Cette étude a permis de mettre en évidence la criticité des ruptures de fibres sur les pertes de performance au sein des réservoirs hyperbares.Un modèle numérique prenant en compte la dispersion des contraintes à rupture et des différents types d'endommagements a été développé.Il permet d'introduire un endommagement initial et a confirmé certains résultats expérimentaux
This thesis took place within the framework of the project TOLEDO (Tolerance in the damage by impact of the hyperbaric reservoirs) managed by Air Liquide in partnership with the CEA Le Ripault and PPRIME institute.The hydrogen is stored within the type IV vessel at a servive pressure of 700 bar.These composite structures present as peculiarities to be thick (> 30 mm), to have a strong curvature and to be precharged in pressure during a possible impact.Our work showed that these peculiarities modify the type, the quantity and the localization of the various usually observed damages (fiber breakage, délamination and matrix cracking).The damages were able to be quantified by means of simple and original methods.The influence of the peculiarities on the behavior in the impact was able to be determined by the use of two experimental devices designed and realized during this thesis.The first one allows to preload a thick composite plates in uniaxial tension thick composite plates.The second allows to preload in state of membrane a composite pipe and allowed to show that the most critical impact towards reservoirs is when they are empty.This study allowed to highlight the criticality of the fiber breakage on the loss of performance within the hyperbaric reservoirs.A digital model taking into account the dispersal of the failure stress and various types of damages was developed.It also allows to introduce an initial damage and confirm some experimental results

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Fontaine, Florian. "Composites à matrice carbone-oxyde et carbone-nitrure : thermodynamique de l'élaboration et son impact sur les propriétés physico-chimiques, thermiques et mécaniques des composites." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14217/document.

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Abstract:

Les composites carbone/carbone présentent de propriétés thermomécaniques à hautes températures qui les rendent particulièrement adaptés à l’ablation ou à la friction. Leur sensibilité à l’oxydation dès 400°C a conduit à envisager leur dopage en éléments réfractaires inoxydables ou à température d’oxydation élevée. Le procédé sol-gel a permis d’introduire environ 1 % volumique d’oxyde ou de nitrure de titane ou d’aluminium dans leur matrice. Les nitrures sont obtenus par nitruration carbothermique des films d’oxydes. Deux types de sols ont été utilisés : des sols « standard » et des sols enrichis en saccharose. Le saccharose est ajouté pour prévenir la consommation du pyrocarbone lors de la nitruration. Il a par ailleurs une influence sur l’avancement de la nitruration. Les composites chargés sont ensuite densifiés par voie gazeuse, ce qui induit des transformations de phases prévues par la thermodynamique : les films de nitrure de titane sont partiellement carburés (formation de carbonitrure), et les films d’oxyde de titane sont réduits (formation d’oxycarbure). Les dépôts à base d’aluminium sont plus stables et ne subissent aucune transformation. La diffusivité thermique des composites réalisés est faiblement impactée par les charges introduites, alors que les résistances en traction/compression sont sensiblement augmentées. Par ailleurs, une rigidification des composites est observée. Leur cinétique d’oxydation est ralentie. Les composites enrichis en alumine et nitrure d’aluminium présentent des vitesses de perte de masse divisées par 2 par rapport à la référence C/C. Toutes ces propriétés sont liées directement ou non à la composition des sols, et plus particulièrement à sa teneur en saccharose. Il a en effet été montré que les sols qui en contiennent ont tendance à gélifier en surface du composite, ce qui gêne la diffusion des gaz précurseurs au cœur du composite lors de la densification. La porosité finale s’en trouve modifiée. Cette dernière a une influence non négligeable sur le comportement en compression, la diffusivité thermique et la cinétique d’oxydation des composites élaborés
Carbon/carbon composites exhibit excellent mechanical and thermal properties at high temperature that make them espe-cially suitable for ablation or friction pieces. Their sensitivity toward oxidation above 400°C has lead to the will of doping them with refractory ceramics that are nonoxidizable or with a high oxidation temperature. The sol-gel process allowed to introduce 1 % in volume of titanium or aluminum oxide or nitride in the matrix. Nitrides are obtained by carbothermal nitridation of the oxide films. Two types of sols were used: the “standard” ones and those with extra sucrose. Sucrose is added to prevent pyrocarbon consumption during the nitridation. Furthermore, it was shown that it has an impact on the nitridation rate. Charged composites are then densified by Chemical Vapor Infiltration, which induces phases transforma-tions that were predicted by thermodynamics: titanium nitride films are partially carburized (formation of titanium carbonitride) and titanium dioxide films are reduced (formation of titanium oxycarbide). Aluminum-based films are more stable and don’t undergo any transformation. Thermal diffusivity of the as-synthesized composites is not much modified by the addition of these ceramics while the tensile and compressive strength are slightly increased. By the way, composites are hardened. Their oxidation kinetics is slowed down. Aluminum-rich composites exhibit a weight loss divided by two compared to the C/C reference. All those properties are directly, or not, linked to the composition of the sols, in particular to their sucrose content. Indeed, it was shown that sucrose-containing sols rather jellify on the surface of the composite, thus preventing the diffusion of precursor gases to the heart of the pieces. The final porosity is then modified. The porosity has an important impact on the compressive strength, thermal diffusivity and oxidation kinetics of the synthesized composites

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Thomas, Benjamin. "Matériaux composites Argent/Carbone à propriétés thermiques adaptatives." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0140.

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Abstract:

Du fait leur conductivité thermique élevée, les matériaux composites à matrice métallique et renfort carbone possèdent un fort potentiel d’application pour la gestion thermique en électronique. Ces travaux présentent le développement d’un nouveau procédé pour la synthèse de matériaux composites Ag/rGO (argent / « reduced Graphene Oxide ») et Ag/GF (argent / « Graphite Flakes ») par métallurgie des poudres. Ce procédé, inspiré des méthodes de « molecular level mixing », permet d’obtenir des poudres composites Ag/rGO dans lesquelles les nano-renforts sont individualisés jusqu’à une concentration volumique de 1 %. Lorsqu’il est appliqué à la synthèse de matériaux composites Ag/GF, ce dernier permet l’élaboration de matériaux composites denses avec une concentration volumique en graphite jusqu’à 70 % et une conductivité thermique jusqu’à 675 W.m-1.K-1 (426 W.m-1.K-1 pour l’argent pur). En outre, il a été montré que le procédé d’élaboration des poudres composites Ag/GF a une forte influence sur l’anisotropie structurale des matériaux massifs ainsi que sur la résistance thermique d’interface extrinsèque Ag-graphite. Le procédé d’élaboration développé dans ces travaux permet ainsi d’obtenir des matériaux ayant une conductivité thermique jusqu’à 19 % supérieure à celle des matériaux obtenus par un procédé de mélange conventionnel. Néanmoins, comme la plupart des matériaux composites métal/GF (à matrice Cu, Al, Mg et Fe), la dilatation thermique des matériaux composites Ag/GF présente des « anomalies ». En effet, l’anisotropie de leur coefficient d’expansion thermique (CTE) est opposée à leur anisotropie structurale, leur CTE a une dépendance anormalement élevée vis-à-vis de la température et ces matériaux présentent une instabilité dimensionnelle en cyclage thermique. S’il est communément admis dans la littérature que ces anomalies sont la conséquence des contraintes internes générées lors de l’élaboration des matériaux (du fait de la différence de CTE entre matrice et renfort), ce phénomène reste mal compris et difficile à maitriser. Une part importante de ces travaux est consacrée à l’étude de ces « anomalies » et en particulier à l’étude de l’influence des propriétés mécaniques de la matrice d’argent sur la dilation thermique des matériaux composites. Grâce à la combinaison des caractérisations d’EBSD, de DRX, de microdureté instrumentée et de microscopie, des phénomènes clés responsables des propriétés thermomécaniques des matériaux composites Ag/GF ont pu être identifiés. En particulier, il a été montré qu’une part importante des contraintes internes est relaxée via la déformation plastique de la matrice d’argent et la déformation pseudo plastique du graphite lors du refroidissement post-densification des matériaux composites. Ainsi, le contrôle des propriétés mécaniques de la matrice métallique (en particulier de sa limite d’élasticité) permet d’atténuer les anomalies en CTE et confère une meilleure stabilité dimensionnelle aux matériaux composites Ag/GF lors d’un cycle thermique. L’addition de rGO dans la matrice d’argent des matériaux composites Ag/GF a également permis de réduire l’instabilité dimensionnel des matériaux jusqu’à 50 % grâce aux propriétés d’amortissement du rGO
Due to their high thermal conductivity, metal matrix composite materials reinforced with carbon allotropes exhibit a high potential application for thermal management in electronics. This work deals with the elaboration of new synthesis process to produce Ag/rGO (silver/reduced Graphene Oxide) and Ag/GF (silver/Graphite Flakes) composite materials. This process, based on “molecular level mixing” methods, makes it possible to obtain Ag/rGO composite powders with individualized nano-reinforcements up to a concentration of 1 % in volume. Applied to the synthesis of Ag/GF composite materials, it allows to synthesize dense composite materials with a graphite concentration up to 70 % in volume and with a thermal conductivity up to 675 Wm-1.K-1 (426 Wm-1.K-1 for pure silver). Moreover, it has been shown that Ag/GF powders elaboration process has a strong influence on the structural anisotropy of bulk materials as well as on the extrinsic thermal boundary resistance Ag-graphite. The process developed in this work allows Ag/GF composite materials to reach thermal conductivity up to 19 % higher than the same materials synthesized by conventional mixing powder process. However, like most metal/GF composite materials (with Cu, Al, Mg and Fe matrix), thermal expansion of Ag/GF composite materials shows “anomalies”. Indeed, the anisotropy of their coefficient of thermal expansion (CTE) is opposed to their structural anisotropy, their CTE has an abnormally high dependence on temperature and these materials exhibit dimensional instability during thermal cycling. While it is commonly admit in literature that these “anomalies” are the consequence of internal stresses generated during materials densification (because of CTE mismatch between matrix and reinforcement), this phenomenon remains poorly understood and difficult to control. A significant part of this work is devoted to the study of these anomalies and especially to the study of the influence of matrix mechanical properties on composite materials thermal expansion. Thanks to EBSD, XRD, instrumented microhardness and microscopy analysis, key phenomena responsible of thermomechanical behavior of Ag/GF composite materials have been identified. Especially, it has been shown that a large part of the internal stresses is relaxed by plastic deformation of silver matrix and pseudo-plastic deformation of graphite during the post-densification cooling step of the materials. Thus, the control of mechanical properties of metallic matrix (especially of its elastic limit) makes it possible to attenuate the anomalies in CTE and confers a better dimensional stability to Ag / GF composite materials during thermal cycling. Finally, the addition of rGO in silver matrix of Ag/GF composites materials has also reduced material dimensional instability by up to 50 % thanks to the damping properties of rGO

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Fontugne, Christophe. "Carbonisation de brais en milieu géométriquement limité : application aux composites carbone-carbone granulaires." Orléans, 2001. http://www.theses.fr/2001ORLE2025.

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Abstract:

Les composites granulaires carbone-carbone sont issus de la pyrolyse entre 1000ʿC et 2800ʿC d'un mélange de grains de coke de taille millimétrique et de fines (grains de coke ou d'anthracite de taille micrométrique) cimentés par un liant organique (un brai dans le cas présent) qui assure la cohésion du matériau. Les caractéristiques physico-chimiques, texturales et structurales de chacun des composants (grains, fines, brais) ainsi que leur mode d'association sont à l'origine de l'organisation multi-échelles acquise au cours d'une succession d'étapes de carbonisation et de graphitisation. Notre étude montre l'effet prépondérant de la nature des fines sur cette organisation multi-échelles. Celle-ci a été corrélée à des propriétés macroscopiques, en particulier la carboxyréactivité et les propriétés mécaniques. Ce travail a permis d'étudier d'un point de vue fondamental la carbonisation de brais (de compositions variées) dans un milieu géométriquement limité formé d'espacements inter-granulaires de dimensions infra-millimétriques à micrométriques. Ainsi, nous avons montré que les domaines anisotropes de cokes de brais ainsi obtenus sont plus petits que ceux obtenus lors de carbonisations classiques effectuées sans contraintes géométriques. Les matériaux obtenus sont poreux à toutes les échelles, du millimètre au nanomètre. Une étude quantitative de cette porosité a été effectuée, notamment grâce à un programme d'analyse d'image mis au point pour ce travail. Nous avons ainsi pu montrer que la formation des pores submillimétriques dépendait essentiellement de la nature du brai : cette porosité gouverne le module d'Young de ces composites. En revanche, la porosité de taille micrométrique est fonction du type de fines. Nous avons mis en évidence que cette échelle texturale était le niveau d'organisation pertinent pour établir des corrélations avec des propriétés telles que la carboxyréactivité ; en effet, la porosité micrométrique gouverne l'accessibilité aux sites actifs.

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Fontaine, Pauline. "Traitement thermique de recyclage appliqué aux composites carbone/PEEK et aux mélanges de composites renforcés carbone. Solutions alternatives de valorisation des fibres recyclées." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2020. http://www.theses.fr/2020EMAC0015.

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Abstract:

Les composites renforcés à fibres de carbone (CRFC) sont des matériaux de haute technicité appliqués à de nombreux domaines, du sport à l’aéronautique. Cette dernière décennie a vu leur demande croitre continuellement, générant en conséquence une augmentation du volume de déchets. Incités par les directives Européennes sur la gestion des déchets, des traitements thermiques de recyclage industriel ont été développés afin de récupérer les fibres de carbone issues des CFRC, principalement à matrice thermodurcissable. Actuellement, les CRFC en développement et/ou de dernières générations, utilisent des matrices thermostables telles que le Poly Ether Ether Cétone (PEEK). Une partie des travaux de thèse consiste à étudier la faisabilité de recyclage de ce composite thermostable, seul et en mélange avec d’autres types de composites à matrice thermodurcissable et thermoplastique. Un pilote semi-industriel a été employé sous atmosphères inerte (pyrolyse) et réactives (vapo-thermolyse et air). Les premiers résultats sur des mélanges ont montré que sous atmosphère inerte la récupération des fibres de carbone issues des matrices thermostables est quasi impossible. A l’inverse, les essais sur les composites PEEK en atmosphères oxydantes permettent l’extraction de la fibre mais induisent des modifications morphologiques et chimiques de la surface ainsi qu’une réduction de la résistance en traction. Les travaux de thèse se focalisent également sur des solutions alternatives de valorisation des fibres de carbone recyclées. Ces fibres ont été recouvertes de nanocellulose en tant qu’agent d’ensimage, en vue de leur réutilisation dans de nouvelles formulations. La perte de propriétés mécaniques induite par le recyclage a été partiellement compensée par ce traitement de surface. Des fibres recyclées ont également été incorporées dans un composite à renfort naturel de jute et matrice PA6 dans le but de créer un composite hybride offrant des propriétés équilibrées en termes de résistance, prix et impact écologique
Carbon Fiber Reinforced Composites (CFRC) are high technical materials applied in various fields from sports to aeronautics. During the last decade, the demand of CFRC has extended significantly resulting in increasing the volume of composite waste generated each year. Incited by European directives, thermal recycling treatments have been developed at industrial scale to recover carbon fibers, mostly from thermosetting composites. Nowadays CFRP in development used thermoresistant resins such as Poly Ether Ether Ketone (PEEK). Part of this work is to study the recycling feasibility of this type of CFRP alone and mixed with thermosetting and thermoplastics matrix based composites. Semi-industrial pilot was used in inert (pyrolysis) and reactive (steam-thermolysis, oxydation) atmosphere conditions. First results of mixture perform in nitrogen have revealed that inert atmosphere cannot allow the recovery of carbon fibers from thermoresistant resins. On the contrary trials on PEEK in oxydative atmospheres enable the extraction of fiber, but induce morphological and chemical modifications and tensile strength reduction. New approach on the recycled carbon fiber valorization have also been studied. These fibers have been coated by nanocellulose as sizing agent for their reuse in new composite formulations. Mechanical properties loss induce by recycling have been offset thank to this surface treatment. Recycled fibers was also incorporate in jute/PA6 composite to create a hybrid composite with balance properties in terms of strength, price and environmental impact

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Rossignol, Jean-Yves. "Sur des matériaux composites céramique-céramique à renfort bidirectionnel de fibres de carbone et à matrice hybride carbone-carbure ou carbone-nitrure élaborés par CVI." Bordeaux 1, 1985. http://www.theses.fr/1985BOR10560.

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Lajzerowicz, Pierre. "Modélisation de l'élaboration de composites carbone-carbone par dépôt chimique en phase vapeur." Grenoble INPG, 1987. http://www.theses.fr/1987INPG0144.

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Abstract:

L'elaboration industrielle de composites carbone-carbone par depot chimique en phase vapeur se revele tres sensible aux conditions operatoires (temperature, pression. . . ). La modelisation des transferts de matiere dans un pore cylindrique fournit des indications pertinentes permettant d'optimiser les conditions de densification de substrats aleatoires. On a d'abord caracterise le substrat de fibres de carbones, realise une etude cinetique sur le depot de pyrocarbone par pyrolyse du methane et quantifie le transfert de matiere dans pore. A partir des resultats, on a elabore un modele mathematique original rendant compte de la densification de pores droits cylindriques. En considerant le substrat apres rigidification comme un ensemble de pores de meme tortuosite sans interconnexion, le modeler permet de decrire de facon satisfaisante la densification de divers substats dans des conditions operatoires variees

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Lajzerowicz, Pierre. "Modélisation de l'élaboration de composites carbone-carbone par dépôt chimique en phase vapeur." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37606889m.

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Perie, Jean-Noël. "Meso-modélisation des mécanismes d'endommagement dans les composites carbone-carbone à texture multidirectionnelle /." Cachan : Laboratoire de mécanique et technologie, 2000. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb38860756n.

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Nguyen, Van Sang-Trouvat Béatrice. "Analyse et optimisation des interfaces dans les composites carbone / carbone à renfort fibreux." Bordeaux 1, 1996. http://www.theses.fr/1996BOR10718.

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Abstract:

Dans les materiaux composites carbone/carbone (c/c), les interfaces entre constituants jouent un role essentiel dans le comportement mecanique. Ce travail a porte sur la modification des caracteristiques interfaciales fibre/matrice de ces materiaux par l'interposition d'une interphase de carbone de microtexture controlee. Des experiences ont ete menees sur des composites modeles (micro et minicomposites) prepares par depot chimique en phase vapeur (cvd/cvi). Leur caracterisation microstructurale et leur comportement mecanique en traction a l'ambiante ont ete etudies en parallele afin de mieux comprendre le role de l'interphase. L'influence de traitements thermiques a egalement ete mise en evidence. Les resultats ont montre que, selon les caracteristiques interfaciales, il est possible d'avoir, pour les composites carbone/carbone, les differents comportements mecaniques observes pour les autres composites a matrice ceramique (cmcs), a savoir la rupture fragile et le comportement tenace presentant de la multifissuration matricielle

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Jeanne, Jean-François. "Étude de l'endommagement surfacique de matériaux composites type carbone/carbone sous sollicitations tribologiques." Nantes, 1994. http://www.theses.fr/1994NANT2046.

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Abstract:

Le but de cette these est d'etudier le comportement tribologique de quatre materiaux composites type carbone/carbone et carbone/sic sur un banc de freinage industriel dans trois environnements (sec, humide et neutre). L'etude du comportement est completee par une serie d'experimentations de laboratoire destinees a illustrer et quantifier les processus elementaires de degradation de surface. La mise en parallele des experiences industrielles et de laboratoire permet d'etablir les facteurs influant sur le comportement et l'endommagement de ces materiaux. Ces facteurs tels que l'architecture fibreuse, le taux de graphitation de la matrice, le taux de porosite, la vitesse initiale de freinage, l'ambiance, sont plus moins preponderants. Les experimentations de sclerometrie et d'abrasion ainsi que les endommagements de surface par flux thermique permettent de cerner le processus d'usure, combinaison entre abrasion et usure tribochimique. Deux modeles thermiques macroscopiques adaptes aux applications de freinages sont developpes. L'un, analytique, permet une approche rapide des phenomenes thermiques dans une optique de developpement. Le second, numerique aux differences finies base sur la methode des directions alternees implicites, permet une approche plus fine et plus complete des phenomenes. Les deux modelisations developpees montrent une bonne adequation a l'application de freinage avec une bonne correlation avec les resultats experimentaux. Cette correlation avec les essais sur le banc permet d'envisager une reduction des campagnes de tests de nouveaux systemes, but premier de ce travail de recherche

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Lines, Jean-François. "Modélisation et optimisation du procédé de densificaton de composites carbone/carbone par calefaction." Bordeaux 1, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR12767.

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Abstract:

Les matériaux composites carbone/carbone (C/C), constitués d'une architecture fibreuse en carbone et d'une matrice carbonée, font partie de cette classe de matériaux haute performance, avec d'intéressantes propriétés thermiques, mécaniques et tribologiques dans une large gamme de température (de -150°C à 4000°C), alliées à une faible densité. Le procédé de densification par caléfaction est une variante du procédé d'Infiltration Chimique à partir de la Phase Vapeur qui permet d'élaborer ces matériaux à partir d'une préforme fibreuse baignant dans un précurseur en ébullition, ce qui lui confère une vitesse de densification plus élevée que les autres variantes. En revanche, les puissances mises en jeu sont actuellement trop élevées pour exploiter industriellement ce procédé ; aussi une optimisation globale est-elle nécassaire. Dans cette perspective, una analyse et une modélisation à différentes échelles et une intégration de modèles sont présentées ici. Dans un premier temps, l'analyse phénoménologique et l'étude des couplages entre les différents phénomènes physiques et chimiques ont permis de proposer une modélisation basée sur l'assemblage de quatre sous-modèles. La chaîne de calcul est validée vis-àvis de résultats expérimentaux de laboratoire. Ensuite, une étude de sensibilité permet d'identifier les éléments cruciaux du procédé. L'étude du front de densification souligne la nécessité de la maîtrise de la température du front et met en évidence l'importance du gradient thermique sur la qualité du matériaux obtenu, ainsi que sur les temps et puissances de densification. Des solutions d'optimisation sont alors proposées,.

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Martineau, Lilian. "Mise en forme de composites carbone/PEEK dans le domaine caoutchoutique." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2018. http://www.theses.fr/2018EMAC0008/document.

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Abstract:

Les matériaux composites à matrices thermoplastiques renforcées de fibres longues sont étudiés de manière intensive pour leur introduction dans les prochaines générations de pièces structurales aéronautiques. Par ses performances thermomécaniques, l’unidirectionnel carbone/PEEK apparait comme un candidat possible, toutefois les procédés actuels de formage ne semblent pas en mesure de réaliser des pièces épaisses avec ce matériau. Ce travail de thèse a pour objectif de proposer un procédé innovant capable de réaliser des pièces composites carbone/PEEK épaisses de types cornières structurales en L ou en U. Le cœur du concept est la réalisation de l’étape de mise en forme dans le domaine caoutchoutique pour favoriser le glissement inter-plis et éviter ainsi la formation de défaut de type plissement quelle que soit l’épaisseur. Dans un premier temps, la fenêtre de processabilité adaptée à l’obtention d’une préforme a été définie en se basant sur les propriétés physiques de la matrice PEEK. La mise en application du procédé proposé, faite à partir des résultats collectés, a mis en évidence la complexité des mécanismes de déformation dans ces conditions spécifiques. Une meilleure compréhension de ces mécanismes a pu être apportée par une approche de modélisation et de simulation. Enfin, la santé matière et les performances des pièces réalisées par ce nouveau procédé ont été mesurées, la comparaison à des pièces obtenues par un procédé conventionnel de formage valide le procédé proposé
Thermoplastic composite materials based on long carbon fibers are extensively studied to prepare their introduction in the next generation of structural parts in aerospace industry. Because of its thermomechanical properties, unidirectional carbon/PEEK appears as a potential candidate, however the current forming processes do not appear able to manufacture thick parts with this material. The aim of my PhD thesis is to propose an innovative process to produce thick carbon/PEEK parts of L-shape and U-shape profiles. The heart of the concept is to carry out the step of deformation when the matrix is in the rubbery state to promote inter-ply sliding and thus avoiding the formation of wrinkling defect whatever the thickness. In a first step, the processing window suitable to obtain a preform was defined based on the physical properties of the PEEK matrix. The implementation of the proposed method, based on the results collected, has highlighted the complexity of the deformation mechanisms under these specific conditions. A better understanding of these mechanisms has been provided by a modeling and simulation approach. Finally, the material properties and the performance of the parts produced by this new process have been measured, the comparison with parts obtained by a conventional forming process validates the proposed process

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Boyer, François. "Développement de nanocomposites et composites de fibres de carbone-PEEK-nanotubes de carbones : caractérisations mécanique et électrique." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2284/.

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Abstract:

Cette étude s'inscrit dans le cadre du projet INMAT qui est un programme de recherche en collaboration avec différents partenaires académiques, piloté par AIRBUS Operations. Ce projet est labellisé par le pôle de compétitivité AESE. Il consiste à concevoir un composite d'un nouveau genre à savoir matrice thermoplastique PEEK / fibres de carbone/ nanotubes de carbone sans employer d'agents compatibilisants. Le principal but de ce projet est de produire un stratifié PEEK/carbone qui verrait ses propriétés électriques transverses (suivant son épaisseur) améliorées par l'incorporation de NTC. En effet, l'ajout de NTC dans la matrice permettrait d'obtenir des propriétés proches de l'isotropie du point de vue de la conductivité électrique. Les NTC sont donc dans un premier temps mélangés à la matrice PEEK puis extrudés de manière à obtenir différents mélanges de granulés chargés à 0,5 ; 1 ; 2 et 3 wt%. Des éprouvettes et des films sont réalisés à partir de ces mélanges de manière à pouvoir les caractériser électriquement (par spectroscopie diélectrique au CIRIMAT) et mécaniquement (essais conventionnels normalisées et DMA). Deux tentatives d'élaboration du composite PEEK/fibres de carbone/NTC ont ainsi été étudiées (composite " sandwich " et imprégnation de tissu sec)
This study is a part of our on-going research in the frame of the INMAT project managed by AIRBUS Operation (certified by AESE competitiveness pole) and in partnership with some other academic institutions, consisting of a composite thermoplastic PEEK/carbon fibers/ carbon nanotubes. The ultimate aim of INMAT is to produce carbon / PEEK laminates with enhanced electrical properties by integrating MWCNT without using compatibilizers. Indeed the addition of CNT's in the matrix will confer isotropic properties in term of electrical conductivity. Thus, Multiwalled Carbon Nanotubes (MWCNT) were dispersed into a PEEK matrix to manufacture first granulates. The MWCNT weight contents were 0,5; 1; 2 and 3 wt%. Tests specimens and films were then synthetized in order to carry out mechanical and electrical characterization, using DDS and DMA equipments. The next step is to produce carbon fibers/ PEEK/ MWCNT laminates by two different methods. First one consist in a composite "sandwich". During plies collation, films of PEEK/ MWCNT were staked between two plies of carbon/ PEEK prepreg. Several laminates were thus hot-pressed for 20 minutes at 380°C: i- free carbon/ PEEK laminates [0°16]; ii- carbon/PEEK/PEEK film MWCNT laminates containing 8 plies of carbon /PEEK with fibers oriented at 0° and 7 plies made of PEEK/MWCNT films. Second one consist to impregnate carbon cloth with PEEK/MWCNT films

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Grimaud, Richard. "Modélisation du comportement non linéaire d'un composite carbone-carbone 3D." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1992. http://www.theses.fr/1992ECDL0039.

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Abstract:

Ce travail concerne la modélisation du comportement des matériaux composites tridirectionnels au-delà du domaine linéaire. On interprète cette non-linéarité par une diminution de la rigidité élastique et par l'apparition de déformations résiduelles. On propose alors plusieurs modèles couplant élasticité, plasticité et endommagement qui permettent de reconstituer le comportement mécanique moyen. Nous disposons pour illustrer ces modèles des résultats d'essais de traction hors axes avec décharges élastiques et mesures des déformations transversales d'un composite carbone-carbone. L’intérêt de ce type d'essai est qu'il induit dans les directions d'orthotropie des contraintes de cisaillement. Après quelques généralités sur les matériaux composites tridirectionnels nous développons les bases thermodynamiques et phénoménologiques qui nous ont servi à mettre en place nos modèles. Nous insisterons tout particulièrement sur la description de l'endommagement. Nous présentons ensuite nos deux modèles de comportement (découplé et couple) dans le cadre général des matériaux standards généralisés. Nous terminons enfin par l'identification et à la validation de ces lois sur des essais fournis par la société européenne de propulsion de bordeaux (S. E. P. )

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Patamaprohm, Baramee. "Conception et durabilité de réservoirs en composites destinés au stockage de l’hydrogène." Thesis, Paris, ENMP, 2014. http://www.theses.fr/2014ENMP0021/document.

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Abstract:

A l'heure actuelle le stockage de l'hydrogène sous forme gazeuse, comprimée à haute pression, apparaît comme la solution le plus mature présentant le meilleur compromis en termes de masse, de pression de service mais aussi de volume des réservoirs. Cependant pour un développement plus large et sécurisé, l'amélioration des performances et la réduction des coûts des réservoirs restent des enjeux prioritaires. C'est dans ce contexte que nous avons étudié le stockage de l'hydrogène dans des réservoirs de type IV, en composites fibres de carbone/époxy. Ce travail a eu pour objectif d'accroitre la fiabilité du dimensionnement. Dans un premier temps, une étude expérimentale de caractérisation des matériaux constitutifs du réservoir a été réalisée. Pour améliorer la fiabilité des calculs, un modèle probabiliste a été proposé pour décrire le comportement de la partie composite du réservoir, principalement la rupture des fibres. Des calculs multiéchelles ont été mis en place basés sur les propriétés mécaniques et physiques des fibres. Les autres modes de dégradations, décollement entre plis, liaison embase-liner ont aussi été pris en compte dans les calculs de comportement du réservoir jusqu'à son éclatement. Enfin des recommandations de dimensionnement du réservoir ont été proposées afin d'améliorer les performances tout en minimisant la masse de composite dans un objectif de réduction des coûts
Presently, the compressed hydrogen storage under high pressure appears to be the most sophisticated solution regarding to a compromise of mass, service pressure and also volume of pressure vessels. However, the challenges of pressure vessels nowadays are their performance improvement as well as their cost reduction. In this context, we studied the type IV hydrogen storage pressure vessel in carbon fibre/epoxy composites. This work aims to obtain a reliable pressure vessel design. Firstly, an experimental study of associated materials and pressure vessel characterisation has been carried out. Then, we proposed a probabilistic model for a composite which is dedicated in particular to fibre breakage using multi-scale simulations in accordance with its mechanical and physical properties. Once this model joined with damage criteria dedicated separately to the others damage mechanisms are integrated into the pressure vessel simulations. Finally, recommendations on composite pressure vessels have been proposed in order to improve their performances and to decrease the mass of composite directly corresponding to the reduction of composite pressure vessels cost

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Diaz, Chacon Lurayni. "Influence de charges carbonées sur la dissipation thermique de nouveaux composites diélectriques." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT320/document.

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Abstract:

La plupart des équipements électroniques et électriques sont enrobés ou encapsulés par de la résine epoxy, choisie pour ses qualités physiques, chimiques et surtout diélectriques. Cependant, ce matériau présente un inconvénient majeur : sa faible conductivité thermique (0.2 W/mK). Dans ce contexte, nous avons élaboré et caractérisé des composites epoxy / carbone dans le but d’améliorer la conductivité thermique de ce type de résine tout en conservant ses propriétés diélectriques. Nous avons ainsi testé le potentiel d’une large gamme de charges carbonées, de structures, formes et tailles variées (sphères, tubes et plaquettes), telles que des micro-sphères de carbone et des nanotubes multi-parois synthétisées par CVD et PECVD, mais aussi des charges industrielles : nano-plaquettes de graphite (graphite exfolié), du coke de pétrole, du graphite synthétique et naturel. Des échantillons de matériaux composites massifs (50 x 50 x 4 mm) ont été préparés à partir d’une résine industrielle DGEBA de viscosité élevée 8.5-15 Pa.s, en faisant varier le taux de charge. Les propriétés thermiques des composites ont été mesurées à partir de la technique du hot disk (source plane instationnaire). Les meilleurs résultats ont été obtenus à partir des nano-plaquettes de graphite : les conductivités thermiques des composites ont atteint (0.55 W/mK) pour une charge admissible maximale de 2.67 vol.%. L’accroissement relatif de conductivité thermique a été de 66 % pour 1 vol.%. Cet accroissement est particulièrement élevé dans la mesure où les meilleurs résultats reportés sont de 20 % / vol.% dans le cas de résines à viscosité plus faible de type DGEBF (2.5 - 4.5 Pa.s). La concentration de charge admissible (1.3 vol.%) pour conserver une résistivité électrique suffisamment élevée (> 105 ohm.m) nous a permis d’atteindre une conductivité thermique de 0.37 W/mK (soit une augmentation de 100% par rapport à la résine initiale). Ces résultats sont interprétés en termes de transport des phonons acoustiques dans un système composite bi-phasique. Les nano-plaquettes de graphite sont caractérisées par une morpholigie anisotrope, d’ une surface d’environ 26 x 26 microns dont l’épaisseur est de l’ordre de 6 nm. Elles combinent une structure lamellaire périodique bien ordonnée dans les plans de graphène (caractérisation par XPS, EDX et DRX), et des rapports d’acicularité élevés ( 4300), estimés à partir de différentes techniques : TEM, SEM et BET. Nous montrons qu’accroitre l’acicularité des nano-plaquettes de graphite par exfoliation, en préservant une grande surface des plans de graphène, et sans générer de défauts de structure, constitue un défi. Cette morphologie 2D particulière permet d’une part de conserver voire augmenter la conductivité intrinsèque des charges, favorisée dans les plans de graphène, et d’autre part, en raison de leur grande surface spécifique, de garantir après leur dispersion dans la résine, un meilleur transport des phonons acoustiques dans le composite
Most electronic and electrical equipment are coated or encapsulated by epoxy resin due to its physical, chemical and dielectric properties. However, this material has a major drawback: its low thermal conductivity ( 0.2 W / mK). In this context, we have developed and characterized epoxy / carbon composites in order to improve the thermal conductivity of this type of resin while maintaining its dielectric properties. We have tested the potential of a wide range of carbonaceous fillers, structures, shapes and sizes (spheres, tubes and plates), such as carbon micro-spheres and multi-walled carbon nanotubes synthesized by CVD and PECVD, but also industrial fillers: graphite nano-platelets (exfoliated graphite), petroleum coke, synthetic and natural graphite. Large composite samples (50 x 50 x 4 mm) were prepared from a DGEBA engineering resin of high viscosity 8.5-15 Pa.s, by varying the charge vol%. The thermal properties of the composites were measured from the transient plane source technique (hot disk). The best results are obtained from graphite nano-platelets: the thermal conductivity reach (0.55 W / mK) for a maximum load of 2.67 vol%.. The relative increase of thermal conductivity is 66% to 1 vol.%. This increase is particularly high to the extent that the best results reported so far is 20% / vol% for resins with lower viscosity, type DGEBF (2.5 - 4.5 Pa.s). The allowable concentration (1.3 vol.%) to maintain a sufficiently high electrical resistivity (> 105 ohm.m) permits to increase of the thermal conductivity to 100% (0.37 W / mK) compared to the initial resin. These results are interpreted in terms of transport of acoustic phonons in the composite two-phase system. Graphite nano-platelets are characterized by anisotropic shapes with a surface of about 26 x 26 microns whose thickness is of the order of 6 nm. They combine an ordered periodic structure in graphene planes (characterization by XPS, EDX and XRD), and a high aspect ratio ( 4300), estimated using various techniques: TEM, SEM and BET. We show that graphite exfoliation permit to increase the aspect ratio of graphite nanoplatelets, maintaining large micronic graphene surface, and without generating structural defects is a challenge. This peculiar 2D morphology allows on one hand, to retain or even increase the intrinsic filler conductivity, favored in the graphene planes, and on another hand, due to their high surface area, to ensure after their dispersion in the resin, a better transport of acoustic phonons through the composite

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Pailhes, Jérôme. "Comportement mécanique sous sollicitations multi-axiales d'un composite carbone-carbone." Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR12152.

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Abstract:

Les performances thermomécaniques des composites carbone/carbone permettent leur utilisation thermostructurale. Afin de dimensionner correctement les structures, il est nécessaire de connaître le comportement mécanique du composite sous des sollicitations multiaxiales. Un appareillage spécifique de sollicitations multiaxiales de type traction-cisaillement a été conçu et réalisé lors de ce travail. On a déterminé le comportement mécanique et les différents mécanismes d'endommagement de traction ou de compression dans les axes et hors axes d'orthotropie du matériau. Le modèle utilisé pour rendre compte de cet endommagement est fondé sur la mécanique des milieux continus endommageables, les déformations anélastiques induites par l'endommagement étant traitées par la théorie de la plasticité. Les observations au microscope des modes d'endommagement de la matrice conduisent à la formulation d'hypothèses simplificatrices physiquement acceptables. Le modèle a été identifié à l'aide des essais de traction et de compression dans les axes de symétrie du matériau. Les essais de traction/cisaillement ont permis de compléter l'étude du comportement du matériau et de valider la loi de comportement mécanique sous sollicitations multiaxiales proposée.

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Aucher, Jérémie. "Etude comparative du comportement composites à matrice thermoplastique ou thermodurcissable." Phd thesis, INSA de Rouen, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00557897.

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Abstract:

Cette thèse consiste en une étude comparative des propriétés thermomécaniques de composites tissés à matrice thermoplastique (PEEK ou PPS) et thermodurcissable (époxy). Une analyse bibliographique a permis la comparaison les comportements des ces stratifies en fonction de la nature de la matrice, de la sollicitation et des conditions environnementales. Une étude expérimentale a conduit à une base de données des trois matériaux sous diverses sollicitations mécaniques (essais monotones élémentaires et structures) et différentes conditions environnementales (température et V.H.). Des essais sur assemblages boulonnes (simple et double recouvrement) ont également été réalisés. Une technique de mesure de champ par corrélation d'images numériques a permis d'étudier le comportement de stratifies troues. Enfin, un modèle de comportement élastoplastique orthotrope de stratifies tisses a matrice thermoplastique a été implémenté dans le code E.F. cast3m et valide pour différentes températures.

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Tual, Nicolas. "Durability of carbon/epoxy composites for tidal turbine blade applications." Thesis, Brest, 2015. http://www.theses.fr/2015BRES0057/document.

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Abstract:

Les matériaux composites sont utilisés dans de nombreuses structures marines et de nouvelles applications sont en cours de développement telles que les pales d’hydroliennes. La fiabilité de ces composants dans un environnement très sévère est cruciale pour la rentabilité de ces systèmes récupérateurs d’énergie des courants marins. Ces structures sont sujettes à de nombreuses forces, telles que les courants marins, les vagues, tempêtes mais également diverses agressions marines telles que l’eau de mer et la corrosion. Une compréhension approfondie du comportement au long terme de ces parties mobiles est donc essentielle. La majorité des développeurs d’hydroliennes ont préféré des pales en carbone. Ainsi il est nécessaire de comprendre comment une longue immersion dans l’océan affecte ces composites. Dans cette étude, le comportement au long terme de différents composites carbone/époxy a été étudié en utilisant des essais de vieillissement accéléré. Une diminution significative des résistances des composites a été observée après saturation en eau de mer. Pour des temps d’immersion plus longs, seulement peu de changements des propriétés apparaissent. Peu d’effets significatifs ont été observés tant sur les modules que sur la ténacité. Ces changements de propriétés sont initialement dus à la plastification de la matrice, suivis par un affaiblissement de l’interface fibre/matrice. L’endommagement peut affecter le comportement au long terme des structures composites et créer de nouveaux chemins préférentiels pour la diffusion de l’eau. En conséquence un modèle basé sur un critère couplé résistance/ténacité a été proposé pour décrire le seuil d’endommagement et basé sur un critère en ténacité pour décrire la cinétique d’endommagement. Il permet de reproduire d’une manière correcte le seuil et la cinétique d’endommagement pour des matériaux vieillis et non vieillis. L’évolution de l’entrée d’eau dans les composites a été suivie dans le but de développer un modèle de diffusion prenant en compte le nature anisotrope des composites. Ainsi le modèle de diffusion a été utilisé sur pale d’hydrolienne. Finalement des premières investigations sur le couplage entre le modèle de diffusion et l’endommagement ont été réalisées. Cette étude a contribué au développement d’outils pour quantifier la durabilité au long terme des pales d’hydroliennes en composites
Composite materials are used in many marine structures and new applications are being developed such as tidal turbine blades. The reliability of these components, in a very severe environment, is crucial to the profitability of tidal current energy systems. These structures are subject to many forces such as ocean tides, waves, storms but also to various marine aggressions, such as sea water and corrosion. A thorough understanding of the long term behavior of the moving parts is therefore essential. The majority of tidal turbine developers have preferred carbon blades, so there is a need to understand how long immersion in the ocean affects these composites. In this study the long term behavior of different carbon/epoxy composites has been studied using accelerated ageing tests. A significant reduction of composite strengths has been observed after saturation of the material in seawater. For longer immersions only small further changes in these properties occur. No significant changes have been observed for moduli nor for composite toughness. Changes in properties are initially due to matrix plasticization, followed by reductions due to fibre/matrix interface changes. Damage can affect the long term behavior of composites structures and create new pathways for water diffusion. As a consequence a damage model has been proposed based on a coupled strength/toughness criterion to describe the threshold of damage and on a toughness criterion to describe the crack development kinetics. It describes in a correct manner the damage threshold and kinetics for the as-received material and for material after sea water ageing. The evolution of the rate of water ingress into composite materials has been followed, in order to develop a diffusion model taking into account the anisotropic nature of composites. Then the diffusion model has been applied on a tidal turbine blade. Finally a first investigation of the coupling between the diffusion model and damage has been performed. This study has contributed to the development of tools to quantify long term durability of composite tidal turbine blades

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Eker, Yasin. "Stockage électrochimique du lithium dans les carbones désordonnés et dans les composites carbone/silicium." Orléans, 2008. http://www.theses.fr/2008ORLE2003.

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Abstract:

Les nouvelles technologies sont de plus en plus demandeuses de sources de forte densité d’énergie et de puissance respectueuses de l’environnement. Les batteries lithium-ion apparaissent comme la meilleure solution pour les systèmes électroniques portables et sont prometteuses pour les véhicules hybrides. Parmi les voies d’amélioration de leurs performances, le développement de nouveaux matériaux d’anode en remplacement du graphite semble être celle qui offre les meilleures perspectives. La littérature indique que des capacités élevées peuvent être obtenues avec les carbones désordonnés. Nous avons étudié les performances de ces matériaux dans les conditions d’usage des batteries, c'est-à-dire en évitant le dépôt de lithium. Les carbones à texture désorientée (carbones durs) ont une capacité inférieure à celle du graphite. Avec les carbones à texture ordonnée obtenus à partir de brai (carbones tendres), la capacité peut atteindre 400 mAh/g. La présence de feuillets continus dans les carbones tendres semble être la clé qui permet au lithium de s’insérer dans les ultramicropores. Un second matériau d’anode intéressant est le silicium, car il a une capacité potentielle de 4235 mAh/g. Comme il se dégrade au cours du cyclage, à cause de variations importantes de volume, nous avons préparé des composites silicium/carbone par enrobage de nanoparticules de silicium dans du brai. La cyclabilité de ces composites est beaucoup plus affectée par les conditions électrochimiques que par leurs caractéristiques physico-chimiques. De bonnes performances ont été obtenues en limitant le potentiel minimum de décharge à 170 mV vs Li.

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Peillex, Guillaume. "Modélisations numériques multi-échelles du comportement dynamique de matériaux composites sous sollicitations tribologiques : cas des composites Carbone/Carbone utilisés en freinage aéronautique." Lyon, INSA, 2007. http://www.theses.fr/2007ISAL0068.

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Abstract:

Afin de comprendre les mécanismes d’usure des composites utilisés dans les freins aéronautiques, il faut dissocier le rôle de la mécanique de ceux de la thermique et de la physico-chimie. Pour cela, un modèle mécanique, numérique par éléments finis, d’un composite à deux échelles (macroscopique et microscopique) et sous sollicitations de contact frottant en dynamique, est crée. La convergence est obtenue grâce à une loi de frottement particulière. La mise en place d’une approche multiéchelles par homogénéisation-relocalisation a permis de dissocier l’influence de l’échelle macroscopique, fixant les régimes de vibrations possibles, de celle de l’échelle mésoscopique, sélectionnant le régime effectif. Un scénario d’endommagement basé sur les estimations des contraintes locales aux deux échelles du matériau a pu être mis au point et rejoins des observations expérimentales. Le modèle permet aussi de caractériser l’influence de certains paramètres de fabrication du matériau sur son comportement tribologique
In order to understand the wear mechanism of composites used in aeronautic brakes, we need to dissociate the role of the mechanical phenomena from those of the thermal and physico-chemical phenomena. A two-scale composite is modelized numerically, using finite elements, and takes into account the mechanical aspect of dynamic contact with friction loading. Convergence is achieved thanks to a particular friction law. A multi-scale approach, by homogenization allows to dissociate the influence of the macroscopic scale, which determines the possible vibration modes, from the one of the mesoscopic scale, which chooses the mode that is really expressed. A damage scenario, based on local stress evaluation for each scale, is set up and joins experimental observations. The model also allows to characterize the influence of some manufacturing process parameters over its tribological behavior

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Baudry, Pierre. "Etude du résidu carboné et de la liaison fibre/matrice lors de la pyrolyse de composites carbone/phénolique." Bordeaux 1, 2004. http://www.theses.fr/2004BOR12879.

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Abstract:

La maîtrise de l'élaboration et du comportement industriel des matériaux composites 2D à matrice phénolique renforcés par des fibres de carbone pour les applications aéronautiques et spatiales implique la compréhension des phénomènes concomitants à la pyrolyse de ces matériaux. Les travaux présentés ici traitent des conséquences de la carbonisation (300-1250 K) de la matrice sur la structure, la morphologie et la composition des constituants de ces composites, sur les propriétés mécaniques des interfaces et des matériaux résultants. Les propriétés physico-chimiques de surface des fibres de carbone étudiées ont d'abord permis d'expliquer les évolutions des contraintes en cisaillement interfacial mesurées sur des composites modèles traités à différentes températures. Un modèle d'évolution de la structure et de la morphologie des constituants et des interfaces au cours de la pyrolyse a ensuite été proposé et a permis d'expliquer les propriétés mécaniques de cohésion (porosité) du matériau suivant leurs propriétés interfaciales. La validité de ces conclusions a été éprouvée sur de nouveaux composites à matrice mixte carbone/SiC en corrélant les propriétés macroscopiques des matériaux et les propriétés interfaciales évaluées par traction cyclée. Cette thèse illustre les interactions entre propriétés interfaciales et propriétés macroscopiques des matériaux carbone/phénolique lors de leur pyrolyse, et propose des pistes pour l'évaluation des interfaces dans ces matériaux.

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Poutord, Antoine. "Étude du perçage à sec de l'empilage Ti6Al4V/Composite fibre de carbone." Thesis, Paris, ENSAM, 2014. http://www.theses.fr/2014ENAM0149/document.

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Abstract:

Le secteur aéronautique ayant des exigences toujours plus contraignantes, l’emploi de nouveaux matériaux pour les structures a été incontournable. C’est pourquoi le composite à fibre de carbone a fait son apparition dans les structures d’avions, épaulé par des pièces en alliage de titane, majoritairement du Ti6Al4V. Ces matériaux sont alors disposés en empilages et percés en une seule opération pour être ensuite assemblés par des rivets ou des boulons. Un certain nombre de problèmes, d’un point de vue industriel, sont soulevés par cette opération, générant des surcoûts importants. Les verrous technologiques et scientifiques liés à cette opération seront donc analysés au cours de cette étude.La connaissance des efforts locaux exercés par l’outil sur la matière usinée constitue un premier point permettant l’amélioration de la compréhension des phénomènes survenant lors de la coupe. Pour cela plusieurs procédés seront expérimentés pour déterminer avec précision les efforts subis par l’outil tout au long du perçage. Afin de compléter les informations relatives aux efforts sur l’outil, l’analyse de la température au sein du foret est nécessaire. Plusieurs dispositifs expérimentaux de mesure de la température in-situ sont développés.Ces dispositifs ont permis l’usinage instrumenté de trous à la fois dans chacun des deux matériaux composant l’empilage et dans l’empilage afin de comprendre au mieux les phénomènes survenant lors de ces opérations
The aeronautic field has stronger and stronger requirements so the use of materials for structures has been unavoidable. That’s why carbon fiber composite is appeared in plane structures, used with elements in titanium alloy, and most part of them in Ti6Al4V. These materials are also dispatched in stacks and are drilled in a “one shot” operation, in the aim of being assembled with rivets or bolts. Through the industrial point of view, many problems are highlighted by this operation, generating several over costs. Technologic and scientific locks linked with this operation will be analyzed in this study.The knowledge of local stresses exerted by the tool on the machined matter is the first point allowing the improvement of the understanding of phenomenon that occurs during cutting. Few processes will be experimented to determine stresses submitted by the tool during drilling with accuracy. In the aim of completing the knowledge of the cutting operation, the analysis of the temperature inside the drill is needed. That’s why different experimental devices of thermal measurement are developed.These devices have allowed instrumented machining of holes in each material separately and in the stack of Ti6Al4V/CFRP in order to understanding phenomenon that occur during this operations

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Patel, Stéphanie. "Nanotubes de carbone alignés sur supports carbonés : de la synthèse aux matériaux composites." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112296.

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Abstract:

Les matériaux composites présentent un intérêt dans des secteurs de pointe tel que l’aéronautique du fait de leurs propriétés. Dans le cas des composites à matrice organique renforcés par des fibres longues, les propriétés dépendent non seulement du renfort et de la matrice mais également de l’interface fibre/matrice (F/M). Ce mémoire fait état de travaux menés pour incorporer des nanotubes de carbone (NTC) alignés directement sur des fibres de carbone (FC) tissées de manière sécurisée afin d’élaborer un composite à matrice thermodurcissable et thermoplastique et d’évaluer l’effet des NTC introduits à l’interface F/M sur les propriétés électriques et mécaniques des composites. Pour cela, le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à partir d’aérosol mixte toluène/ferrocène a été développé pour la croissance de NTC alignés sur les FC, avec comme objectif la mise en place d’une procédure permettant d’éviter toute manipulation intermédiaire des produits. Il consiste à réaliser la synthèse de NTC en deux étapes successives qui sont le dépôt préalable d’une couche céramique de type SiO2 à la surface des fibres de carbone suivi de la croissance de NTC. Ce procédé a été ajusté pour permettre une croissance homogène de NTC alignés sur tissus de FC de taille suffisante pour permettre la préparation de matériaux composites. Les matériaux obtenus à l’issu de chacune des étapes ont été caractérisés en utilisant des techniques physico-chimiques complémentaires afin de comprendre le rôle de la sous-couche oxyde sur la croissance des NTC. Nous avons en particulier mis en évidence que cette dernière est modifiée lors de la croissance de NTC conduisant à la formation d’un oxyde mixte suite à l’incorporation de l’élément fer dans la sous-couche de type SiO2. Celle-ci joue alors le rôle de couche barrière de diffusion et permet une croissance de NTC alignés, denses et longs à la surface de substrats carbonés (carbone vitreux ou tissus de fibres de carbone). En outre, pour limiter les risques de dissémination de NTC dans l’atmosphère lors des manipulations des tissus de fibres recouverts de NTC pour l’élaboration des composites, nous avons réalisé une fonctionnalisation de surface des NTC afin d’encapsuler ces derniers sur le renfort fibreux. Enfin des mesures des propriétés mécaniques et électriques ont été réalisées sur les tissus présentant différents traitements et sur les matériaux composites incluant ces tissus
Because of their properties, composite materials have attracted considerable interests in advanced technology such as in aeronautic field because of their properties. In the case of organic composite reinforced with long fibres, the properties depend not only on the reinforcements and the matrix but also on the interface between the fibre and the matrix (F/M). This thesis deals with the work led to integrate securely aligned carbon nanotubes (CNT) directly on carbon fibres (CF) in order to assess their effects on electrical and mechanical properties at the F/M interface in thermosetting and thermoplastic composite. To include aligned CNT directly on carbon substrates, the catalytic chemical vapour deposition synthesis method of CNT has been developed which consists in carrying out the synthesis in two steps in the same synthesis equipment avoiding intermediate handling. First, a deposition of oxide ceramic layer based on SiO2 is performed followed by the growth of CNT. The process has been adjusted in order to achieve a homogeneous growth of aligned CNT along the carbon fibre cloth compatible with industrial requirement for composite elaboration. Each material obtained from the different steps has been characterized with complementary physical and chemical analysis techniques in order to understand the ceramic sub-layer role on the growth of CNT. In particular, it has been pointed out that during the growth of CNT the sub-layer is modified by the incorporation of iron in the ceramic layer based SiO2, leading to the formation of mixed oxide which plays the role of diffusion barrier layer resulting in the growth of aligned, dense and long CNT on carbon substrates (glassy carbon, carbon fibre cloth). Besides, to avoid the dispersion of CNT in the atmosphere during the handling step for the elaboration of composite, a surface functionalization of CNT has been performed to encapsulate them. Finally, electrical and mechanical properties have been measured on carbon clothes exposed to different treatments and on composites reinforced with these clothes

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Lalet, Grégory. "Composites aluminium/fibres de carbone pour l'électronique de puissance." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00538480.

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Abstract:

L'étude a pour objectif l'amélioration de la fiabilité des assemblages électroniques à travers la mise en œuvre de drains composites aluminium/fibres de carbone. Le travail a consisté à 1) modéliser, par la méthode des éléments finis, l'influence des propriétés thermiques et mécaniques du matériau de semelle sur l'assemblage életronique ; 2) élaborer (par frittage sous charge uniaxiale, frittage flash et extrusion à chaud) des matériaux composites aluminium/fibres de carbone ; et 3) lier les microstructures observées aux paramètres des procédés d'élaboration ainsi qu'aux propriétés thermiques et mécaniques mesurées.

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Trabelsi, Walid. "Vieillissement de matériaux composites carbone/époxy pour applications aéronautiques." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002194.

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Abstract:

Les stratifiés composites exposés à haute température subissent une dégradation induite principalement par la thermo-oxydation de la matrice. Celle-ci se manifeste par la formation d'une couche oxydée de faible épaisseur à la surface des pièces. Ce phénomène superficiel induit une perte de masse et provoque une modification du comportement mécanique. L'objectif de cette étude est la prévision du comportement et l'évolution des propriétés de la matrice époxy et de trois stratifiés époxy-carbone (UD, [03/903]s et [453/-453]s) soumis à un vieillissement isotherme ou un cyclage thermique sous environnement oxydant. Un modèle de simulation fondé sur un schéma standard d'oxydation de la matrice couplé avec l'équation de diffusion de l'oxygène a été mis en place, il permet de prédire le profil de la concentration des produits d'oxydation à partir duquel on détermine les épaisseurs des couches oxydées et les pertes de masse. Ce modèle a été validé dans le cas du vieillissement isotherme et du cyclage thermique du composite UD. L'accord entre la théorie et l'expérience est excellent pour la perte de masse jusqu'à l'apparition des fissures et acceptable pour les épaisseurs de couche oxydée. La thermo-oxydation de la matrice induit une fragilisation de la zone de peau dont les propriétés mécaniques sont différentes de celles du coeur du matériau. L'étude expérimentale des propriétés mécaniques instantanées de la couche oxydée montre une chute du module d'Young et des propriétés à la rupture au cours du vieillissement. De même la ténacité de la couche oxydée de la matrice diminue en fonction de l'avancement de l'oxydation. Les fissures sont créées sur les bords et se propagent vers le coeur de l'échantillon au fur et à mesure que le matériau est vieilli. Elles peuvent induire une fragilisation totale et un changement global du comportement mécanique de l'échantillon.

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Dissertations / Theses on the topic 'Carbone – Composites'

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