Étude multi-échelle du vieillissement des assemblages collés multi-matériaux en environnement sévère pour structures de blindage et capteurs multicouches

Les plateformes navales modernes, telles que les frégates furtives et les sous-marins, privilégient aujourd’hui des structures multi-couches légères et discrètes sur le plan radar plutôt que des blindages massifs traditionnels. Ces architectures « sandwich », constituées de matériaux variés (acier, aluminium, céramique, composites, Kevlar, fibres de verre, etc.), reposent sur des assemblages collés assurés par des adhésifs haute performance. Ces derniers jouent un rôle essentiel dans la cohésion mécanique, la dissipation d’énergie et l’atténuation des effets de choc. Cependant, l’environnement marin sévère (humidité, variations thermiques, sollicitations mécaniques) peut entraîner l’apparition de défauts et par conséquent une dégradation progressive des interfaces collées. Ces mécanismes affectent directement la durabilité des blindages multi-couches ainsi que les performances des systèmes embarqués, notamment des capteurs radar, sonar et optroniques.

Dans ce contexte, l’enjeu scientifique et industriel majeur de cette thèse consiste à mieux comprendre les mécanismes d’endommagement des assemblages collés afin de proposer des méthodes fiables de caractérisation et de dimensionnement intégrant les effets couplés mécaniques, thermiques et hydriques. Les objectifs de la thèse s’articulent autour d’une démarche intégrée visant à mieux comprendre, caractériser et prédire le comportement des assemblages multi-couches collés en environnement marin sévère. Les travaux consisteront d’abord à identifier et analyser les mécanismes d’endommagement volumique et interfacial des joints collés, notamment à travers le développement de stratégies expérimentales de suivi non destructif des défauts. Une attention particulière sera ensuite portée à l’étude de l’influence du vieillissement hydrique sur la tenue mécanique et la durabilité des joints collés, afin de mettre en évidence les mécanismes de dégradation induits par l’humidité. Les connaissances acquises permettront alors d’élaborer des modèles numériques dédiés, intégrant de manière simplifiée les principaux phénomènes d’endommagement observés expérimentalement. L’ensemble de ces travaux devra conduire à la fourniture de données et d’outils de dimensionnement robustes destinés à améliorer la fiabilité et la durabilité des structures multi-couches collées.

Le travail s’appuiera sur des approches expérimentale et numérique couplées. Une première phase sera consacrée à la caractérisation microstructurale des assemblages par tomographie aux rayons X, permettant d’observer de manière non destructive les défauts initiaux, les interfaces et l’évolution des endommagements sous chargement mécanique in situ. Des essais mécaniques instrumentés seront ensuite réalisés, associés à des techniques de mesure de champs cinématiques et d’émission acoustique afin d’identifier les mécanismes activés dans l’adhésif et aux interfaces. Une attention particulière sera portée au vieillissement hydrique accéléré afin d’évaluer l’impact de l’humidité sur la propagation des défauts et la dégradation des propriétés mécaniques. Des solutions d’amélioration des interfaces (traitements de surface, primaires d’adhésion) pourront également être étudiées. Enfin, des modèles numériques prédictifs intégrant les mécanismes observés expérimentalement seront développés pour contribuer au dimensionnement des structures multi-couches collées.