Étude du potentiel des assemblages composites collés pour les applications aéronautiques à très haute température

L’ICA est un laboratoire de recherche qui s’attache à l’étude des structures, des systèmes et des procédés mécaniques. Nos secteurs d’activités s’inscrivent dans ceux des industries mécaniques avec une attention particulière accordée aux projets des domaines de l’aéronautique, de l’espace, du transport et de l’énergie. Nos travaux portent généralement sur la modélisation du comportement, l’instrumentation et l’étude de la durabilité des structures ou produits considérés. Une part importante de nos recherches porte sur les matériaux composites, lesquels prennent aujourd’hui une place importante dans les structures.

Projet : Depuis plusieurs décennies, la réduction de l’empreinte carbone des avions est l’un des enjeux principaux du secteur de l’aéronautique. Les avionneurs développent plusieurs technologies pour alléger les structures et ainsi réduire la consommation de carburant. Parmi ces solutions, les matériaux composites à matrice organique (CMO) et les assemblages collés sont largement étudiés et déployés. Durant leur vie de service, dans des cas critiques rares, ces pièces assemblées à base de polymère peuvent être exposées à des feux pouvant affecter les propriétés mécaniques et l’intégrité des structures. La résistance des structures va dépendre des propriétés thermiques des matrices, des adhésifs, des renforts et de leurs interfaces. La tenue thermique des CMO a largement fait l’objet d’études. En présence d’oxygène et de chaleur homogène, il se produit sur les matrices polymères un vieillissement thermo-oxydatif dont les principales caractéristiques sont une oxydation de surface, des scissions de chaînes macromoléculaires, et des réarrangements moléculaires. Ces dégradations thermiques se traduisent de manière générale par des fissurations, des gonflements provoquant des décohésions fibre/matrice, une diminution de la masse du polymère et la chute de la résistance mécanique avec le temps de vieillissement. La tenue au feu des CMO fait aussi l’objet d’études, notamment au laboratoire GPM (INSA Rouen). En cas de fort flux de chaleur, une décomposition thermique peut s’observer. Des différences d’expansion thermique sont observables entre la matrice qui se déforme et les fibres qui restent plus stables thermiquement, ce qui occasionne des endommagements du CMO comme des fissurations, des bandes de cisaillement et la croissance de cavités. Si le flux de chaleur est hétérogène, comme dans le cas d’un feu, de forts gradients se forment à travers l’épaisseur, amplifiant les discontinuités. La tenue thermique des assemblages collés et de leurs adhésifs a été peu étudiée. Il apparaît que les niveaux de chargement et de déplacement à rupture des assemblages collés diminuent avec la durée de vieillissement thermo-oxydatif. En revanche, la tenue à haute température ou sous flamme des assemblages collés n’est étudiée que dans quelques cas particuliers utilisant des plaques en ciment pour la construction, ce qui s’éloigne des applications aéronautiques. Un premier stage de 6 mois, qui s’est déroulé de mars à septembre 2025, a permis de débuter des travaux sur cette thématique. Une bonne résistance au feu des éprouvettes fabriquées est constatée, avec des abaissements de la contrainte à rupture raisonnables après 5 minutes d’exposition à la flamme. Ces premiers résultats sont donc encourageants et permettent d’envisager un approfondissement des études sur ce sujet.

Les objectifs du stage sont les suivants : (1) Étude bibliographique de la tenue au feu des assemblages collés. (2) Étude de la tenue thermique des assemblages au feu et en environnement homogène (four haute température), sous contrainte mécanique ou non, en fonction de la durée d’exposition. (3) Analyse de la décomposition thermique et au feu, ainsi que de l’évolution des propriétés thermiques, mécaniques (traction, cisaillement) et morphologiques des assemblages et de leur adhésif. (4) Compréhension des modes de rupture des assemblages collés exposés thermiquement et au feu lors d’un essai de traction.

Le stagiaire recruté sur ce projet travaillera la majorité du temps à l’Institut Clément Ader (ICA) à TOULOUSE : réalisation des éprouvettes assemblées et d’adhésif massif, ainsi que caractérisation physicochimique, mécanique, morphologique, et thermique.

Un séjour au Groupe de Physique des Matériaux (GPM) à ROUEN d’une semaine, pris en charge, sera prévu pour lui permettre de réaliser l’exposition au feu d’éprouvettes collées ainsi que la caractérisation du comportement mécanique résiduel après agression thermique.

Durée : 6 mois avec un démarrage prévu en février/mars 2026

Plus d'information dans l'offre complète : https://ica.cnrs.fr/wp-content/uploads/2025/10/Sujet-stage-M2-Tenue-feu-CMO-colles-2026.pdf

En dernière année d’école d’ingénieurs ou de niveau master 2, le candidat doit posséder des compétences scientifiques dans les domaines de la mécanique des structures (caractérisation mécanique) et/ou des sciences des matériaux (matériaux composites à matrice organique).

La prise de fonction est flexible en janvier/février/mars 2026, la date indiquée par le site n'est qu'indicative.

Le nombre de semaines de stage est également flexible.