comportement en fatigue des composites à matrice vitrimere avant et après réparation

Dans un contexte de politiques européennes de plus en plus exigeantes en faveur de l’économie circulaire, l’amélioration de la recyclabilité, de la réparabilité et de la réutilisabilité des structures composites constitue aujourd’hui un enjeu scientifique et industriel majeur. La plupart des composites structuraux reposent actuellement sur des matrices thermodurcissables. Bien que ces matériaux présentent d’excellentes propriétés mécaniques, leurs réseaux chimiques irréversibles rendent leur recyclage et leur réparation difficiles. Les procédés de recyclage existants peuvent soit dégrader la qualité des fibres de renfort, soit nécessiter des technologies complexes et coûteuses. Par conséquent, les composants composites endommagés sont encore fréquemment remplacés plutôt que réparés et réutilisés.

Les vitrimères constituent une alternative prometteuse aux résines thermodurcissables conventionnelles. Leurs réseaux covalents adaptatifs permettent aux liaisons chimiques de se réorganiser dans des conditions spécifiques, tout en maintenant l’intégrité globale du matériau. Ce comportement ouvre de nouvelles perspectives pour la réparation, le recyclage et la réutilisation des structures composites. Néanmoins, le comportement mécanique à long terme des composites à matrice vitrimer, en particulier après réparation, reste encore insuffisamment compris. Cette problématique est particulièrement importante pour les applications structurales soumises à des chargements répétés, telles que les réservoirs de stockage d’hydrogène, pour lesquels la fiabilité sur un grand nombre de cycles est essentielle.

L’objectif de ce projet de thèse est d’évaluer et de prédire le comportement en fatigue des composites à matrice vitrimer avant et après réparation, afin d’évaluer leur aptitude à être réutilisés dans des applications structurales. Les travaux viseront à caractériser leur réponse mécanique, à identifier les principaux mécanismes d’endommagement se développant sous chargement cyclique, ainsi qu’à déterminer leurs limites de fatigue et leur durée de vie.

Une attention particulière sera portée à l’influence de la réparation sur l’évolution de l’endommagement et sur la durée de vie résiduelle en fatigue. Le projet cherchera à déterminer si les composites réparés peuvent retrouver et conserver des performances mécaniques suffisantes, à identifier d’éventuelles zones critiques liées au procédé de réparation et à évaluer la durabilité des zones réparées sous chargements répétés. L’étude s’appuiera également sur un critère de fatigue développé en interne afin d’estimer la durée de vie résiduelle des structures composites. Les résultats expérimentaux obtenus sur les composites à matrice vitrimer seront utilisés pour valider, étendre et améliorer ce critère, notamment dans le cas des matériaux réparés. Sa robustesse, son domaine de validité et son potentiel d’application industrielle seront également évalués.

Ce projet de thèse viendra compléter une thèse CIFRE financée par un partenaire industriel et menée en parallèle sur les composites à matrice vitrimer. À terme, ces travaux permettront d’améliorer la compréhension du comportement en fatigue de ces matériaux et de contribuer à l’élaboration de premières recommandations pour la conception, la réparation et la réutilisation de structures composites durables.

L’ESTACA, école d'ingénieurs faisant partie du groupe ISAE, forme en 5 ans des ingénieurs passionnés par les technologies qui répondent aux besoins de nouvelles mobilités et mène une recherche appliquée au service de tous les acteurs des transports (aéronautique, automobile, spatial, naval et transports guidés et ferroviaires).

L’ESTACA c’est une formation d’ingénieur et des mastères spécialisés habilités par la Commission des Titres d’Ingénieurs, ainsi que des équipes d’enseignants et de chercheurs qui accueillent plus de 2 500 étudiants repartis sur 3 campus (Montigny-le-Bretonneux (78), Laval (53) et Bordeaux (33))

ESTACA’Lab, le laboratoire de recherche de l’ESTACA, regroupe aujourd’hui une trentaine d’enseignants-chercheurs et une quarantaine de doctorants. Il développe une recherche appliquée dans un contexte fortement collaboratif pour une mobilité durable, intelligente et sûre

Un diplôme de Master 2 ou un diplôme d’ingénieur en mécanique des solides ou en mathématiques appliquées à la mécanique est requis. Le ou la candidat(e) devra disposer de solides connaissances théoriques ainsi que de bonnes bases en analyse et en modélisation du comportement des matériaux par les approches analytiques et simulation (Abaqus, openRadioss etc). Une bonne maîtrise des méthodes de traitement du signal et d’analyse de données (Matlab ou Python), ainsi qu’une première expérience pratique dans ces domaines, sont attendues. Des connaissances en apprentissage automatique constitueraient un atout.

Un fort intérêt pour les travaux expérimentaux est indispensable. Le ou la candidat(e) devra également posséder de bonnes capacités de communication en anglais.