Soutenance de thèse de Gianluca Auteri

Les composites câbles textiles–élastomère constituent des composants structuraux essentiels dans les pneumatiques et de nombreux produits élastomères, où ils assurent une combinaison de résistance et flexibilité sous des sollicitations complexes en service. Leur comportement en fatigue reste difficile à caractériser en raison du couplage fort entre les phénomènes à différentes échelles, impliquant les filaments individuels, l’architecture des câbles, les interfaces adhésives et la matrice élastomère environnante. Dans les applications pneumatiques, les câbles textiles sont soumis à des sollicitations cycliques alternant compression et tension, ce qui peut déclencher divers mécanismes d’endommagement tels que la rupture des filaments, la fissuration de l’élastomère et la dégradation des interfaces. Comprendre comment ces mécanismes interagissent entre eux lors de la dégradation due à la fatigue est essentiel pour concevoir des structures élastomères renforcées plus résistantes à la fatigue. Cette thèse de doctorat, réalisée en collaboration avec Michelin, étudie le comportement en fatigue des composites câbles textiles–élastomère sous des conditions de sollicitation cyclique représentatives des chargements en usage courant. Une approche multi-échelle est développée afin de relier les déformations locales et les mécanismes d’endommagement aux échelles des filaments et des câbles à la réponse macroscopique des structures composites et des pneumatiques. La réponse mécanique des câbles textiles intégrés dans une matrice élastomère est analysée à l’aide d’un modèle éléments finis à l’échelle du filament, Multifil, qui prend en compte l’architecture des câbles, les interactions de contact–frottement et la géométrie induite par la fabrication. Cette approche permet d'étudier des mécanismes de déformation qui sont difficiles à capter avec des modèles homogénéisés. En particulier, le comportement en compression des câbles est examiné, conduisant à la première caractérisation du flambage hélicoïdal dans des câbles textiles multi-filaments intégrés dans le caoutchouc. La combinaison de la tomographie X in situ et de la modélisation numérique révèle la déformation tridimensionnelle des câbles sous compression et permet de quantifier l’influence de la rigidité de la matrice et de la torsion des câbles sur l’amplitude du flambage et la redistribution des charges. Le rôle de la couche adhésive entourant les câbles textiles est également étudié, car elle contrôle le transfert de contraintes et l’initiation des endommagements. Une stratégie de modélisation dédiée est proposée pour représenter la contribution mécanique de la couche adhésive sans résoudre explicitement les détails à l’échelle microscopique. L’approche est validée par des essais de flexion expérimentaux et met en évidence l’effet rigidifiant de l’adhésif ainsi que son influence sur la dissipation par frottement et les mécanismes de déformation internes. Pour relier ces mécanismes locaux au comportement en fatigue dans des conditions réalistes, un essai de fatigue de laboratoire, appelé test Extension–Compression–Uniaxial (ECU), a été développé. Ce dispositif permet un contrôle indépendant des déformations en tension et en compression ainsi que de la température, rendant possible la dissociation de leurs effets respectifs sur la dégradation en fatigue. Le test ECU permet d’étudier de manière systématique un large éventail de paramètres, notamment l’architecture des câbles, la nature des filaments et les matrices élastomères, dans des conditions contrôlées et reproductibles. Les mesures mécaniques, combinées à l’observation par tomographie et microscopie, fournissent des informations sur les mécanismes d’endommagement, permettent de suivre leur évolution avec la fatigue et autorisent une comparaison directe avec les endommagements observés dans les pneumatiques.

Composition du jury :

• M. Eric MAIRE : Directeur de recherche, Laboratoire MatéIS - INSA Lyon. Rapporteur
• Mme Emmanuelle VIDAL-SALLÉ : Professeure des universités, Laboratoire LaMCoS - INSA Lyon. Rapporteure
• M. Peter DAVIES : Ingénieur de recherche, Ifremer, Examinateur
• M. Valter CARVELLI : Professeur des universités, Dipartimento di Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente Costruito - Politecnico di Milano. Examinateur
• M. Simon NUYTTEN : Ingénieur de recherche, MFP Michelin. Examinateur
• M. Florent BOUILLON : Ingénieur de recherche, SAFRAN GROUP. Examinateur