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f ' ' UNIVERSITE DE CAEN THESE présentée pour obtenir le titre de DOCTEUR DE L'UNIVERSITE DE CAEN mention : Sciences par François ABBÉ Ingénieur ENSI Caen FLUAGE E N FLEXION D'UN C O M P O S I TE SiC-SiC 2D Soutenue le 11 Juillet 1990 Jury: Pdt. B. E S C A 1 G , Professeur , Université des Sciences et Techniques de Lille Flandres Artois MM. Y. HONNORAT , Chef du Département Matériaux et Procédés, SNECMA ,lvry P. LAM1CQ , Directeur Recherche et Technologie, SEP , Suresnes A. MOCELLIN , Professeur, Ecole des Mines de Nancy J.L. CHERMANT , Directeur de Recherche , C N R S URA 1317 ,Caen M.COSTER . Professeur , Université de Caen LISTE DES PROFESSEURS DE L'U.F.R. DE SCIENCES M. LOZAC'H Noël M. MONIER Jean-Claude M. APERY Roger M. BERNARD Maurice M. THUILLIER André Professeur émérite [Chimie]-Doyen honoraire Professeur émérite [Minéralogie] Professeur émérite [Mathématiques pures] Professeur émérite (Chimie minérale] - Doyen honoraire Professeur émérite (Chimie] M. SIGNORET Jacques M. VIALLE Jean M. COJAN Jean-Louis M. BINET Paul M. MABBOUX-STROMBERG Claude M. BARRAT Jean-Pierre M. MARGERIE Jean MleDEMEUSY Noëlle M. FORTINI André M. ALLAIS Gérerd M. MOLLIER Yves M. KAUFFMAN N Jacques M. DOGUET Gaston M. HERVE Charles Mme GRANDET Marthe M. GLÜCK Gilbert M. CORNET Daniel M. BENARD Francis M. SAUSSEY Michel M. ZVENIGOROSKY Alexandre M. ROCHE Claude M. RAVEAU Bernard M. LEFEBVRES Jean-François M. ROBERT Pierre Mie SEXER Nicole M. MARTIN Jacques Mme BARRAT Mireille M. NOËL Yves M. CHEVALIER Michel M. LEHMAN Eric M . LE CLUSE Yves M. HELLEGOUARCH Yves M . LANIEPCE Bernard M. REGIMBART Robert M. BLOYET Daniel M. DOUBRE Hubert M. TAMAIN Bernard M. HAMEL Joseph M. GROULT Daniel M. BOUCAUD Jean M. LE QUERLER Jean-François M. CHANTEPIE Maurice M. GOREAUD Michel M. LEVESQUE Guy Mme ADAM-NICOLLE Anne M. DEHORNOY Patrick M. DUCHET Jean-Claude M. ENJALBERT Patrick M. DUBOIS Eugène (Embryologie] - Doyen honoraire (Chimie] (Physique] [Biologie Végétale] (Physique] (Physique] (Physique] (Biologie] (Physique du solide] (Physique] (Chimie] (Physiologie bactérienne] [Biologie végétale] (Mécanique appliquée] [Mathématiques] (Physique] (Chimie minérale] [Biologie-Ecologie] - IUT (Zoologie] [Physique] (Mathématiques] (Chimie] [Physique corpusculaire] (Mathématiques] (Physique] - ISMRa (Electronique] (Physique) (Chimie] (Mathématiques) (Mathématiques] (Physique appliquée] - ISMRa (Mathématiques] [Physique] - Directeur de l'UFR (Physique) (Electronique) - ISMRa [Physique corpusculaire] [Physique corpusculaire) - ISMRa (Physique] - ISMRa (Chimie) - ISMRa (Biologie] ( C h i m i e ] - IUT (Physique) (Chimie) (Chimie] (Informatique) (Mathématiques] (Chimie) (Informatique) (Mathématiques] - ISMRa .../... 4 '"< : "'1 M. ALT Rene M. PATRY Jean-Pierre M. HEMIDY Jean-François M. COSTER Michel Mme HERVIEU Maryvonne M. CHERON Bernard M. MICHEL Claude Mie LASNE Marie-Claire M. LECOLLEY Jean-François Mme SAUR Odette M. MATET Pierre M. REYSSAT Eric M. LAVILLE Guy M. PAULOT Claude M. SATGE Philippe [Informatique] (Physique corpusculaire] (Chimie] [Chimie] [Chimie] - ISMRa (Physique] (Chimie] - IUT (Chimie] [Physique corpusculaire] [Chimie] (Mathématiques] (Mathématiques] (Mathématiques] [Physique] (Mathématiques] I*HS {S&S* r^\ ß$t\ p. f\^ Je tiens à remercier Jean-Louis CHERMANT, Directeur de Recherches au CNRS, Directeur du Laboratoire d'Etudes et de Recherches sur les Matériaux, LERMAT, URA CNRS n"1317, pour m'avoir accueilli chaleureusement au sein de son laboratoire, apporté constamment son appui pour la réalisation de ce travail et réservé suffisamment de son précieux temps pour m'aider dans la mise au point de ce manuscrit. J'exprime ma profonde gratitude à Monsieur B. ESCAIG, Professeur à l'Uni- versité des Sciences et Techniques de Lille-Flandres-Artois, pour avoir ac- cepté d'examiner ce travail et de me faire l'honneur de participer à ce jury. Messieurs Y. HONNORAT, Chef du Département des Matériaux et Procédés de la Société Nationale d'Etude et de Construction de Moteurs d'Aviation, SNECMA, et P. LAMICQ, Directeur Recherche et Technologie de la Société Européenne de Propulsion, SEP, ont accepté de participer à cette commission d'examen. Qu'ils trouvent dans ces lignes 1'expression de ma sincère reconnaissance. Je les remercie de 1'attention qu'ils ont porté à cette étude, malgré leurs charges. Je tiens à remercier Monsieur A. MOCELLIN, Professeur à l'Ecole des Mines de Nancy, pour l'intérêt qu'il a bien voulu porter à ce travail en acceptant d'en être le rapporteur extérieur. Monsieur M. COSTER, Professeur à l'Université de Caen, a volontiers exa- miné cette étude. Qu'il voit dans ce travail un hommage d'un de ses anders étudiants. Mes remerciements vont également à Monsieur R. CARIN, Assistant Agrégé à l'Université de Caen, qui m'a laissé disposer de son dispositif expérimental et fourni son aide lors de la réalisation des marquages lithographiques. De même, je remercie Monsieur J. VICENS, Maître de Conférence à l'Univer- sité de Caen, sans lequel les observations en microscopie électronique en transmission n'auraient pu être effectuées. Qu'il reçoive ici le témoignage de ma sincère amitié. Une grande partie de mes travaux d'analyses d'images n'aurait pu être achevée sans l'aide de Madame L. CHERMANT. Qu'elle en soit de tout coeur remerciée. Je tiens à remercier Mesdemoiselles C. JOLY, S. ALLIOT, Madame N. DUVAL et Monsieur B. AUVRAY pour leur contribution à la réalisation de ce mémoire. Je ne saurais oublier Messieurs H. CUBERO, J. FOUBERT, S. FOUBERT, tous les techniciens de 1'atelier, ainsi que tous mes collègues du laboratoire pour 1'ambiance qu'ils ont su faire régner. Cette étude a été réalisée, avec le soutien d'une Bourse de Docteur Ingénieur du CNRS cofinancée par 1'Etablissement Public Régional de Basse Normandie, dans le cadre d'un Contrat BRITE (Project N'P-1348-6-85, Contrat RI 1B-0098) de Collaboration Européenne entre différents laboratoires et la Société Européenne de Propulsion. Que tous les membres de cette Société, qui m'ont apporté leur soutien, trouvent ici l'expression de ma sympathie, en particulier Messieurs M. BOURGEON, F. CHRISTIN, J.-M. JOUIN et J.-C. CAVALIER. ï\"T"! m TABLE DES MATIERES INTRODUCTION CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE FLUAGE P • ; . ' • > ) v^) I. FLUAGE DES CERAMIQUES 7 II. MECANISMES RESPONSABLES DE LA DEFORMATION 11 III. FLUAGE DES COMPOSITES CERAMIQUES 18 1. Position du problème 18 2. Résultats bibliographiques 20 3. Modèles et approches du comportement en fluage 27 POSITION DU PROBLEME 30 CHAPITRE II : LE COMPOSITE A MATRICE CERAMIQUE ET SES CONSTITUANTS I. LA FIBRE @ 34 1. Elaboration de la fibre Nicalon 37 2. Structure 40 a. Etudes relatives à la fibre nue b. Etudes relatives à la fibre dans le composite 3. Comportement thermomécanique 45 CONCLUSION II. LA MATRICE 50 P 1. Elaboration de la matrice 51 a. Principales méthodes b. Procédé CVI rm 2. Etude bibliographique du fluage de SiC 52 a. SiC-HP b. SiC-FN c. SiC-RB d. SiC-DCPV CONCLUSION III. L'INTERFACE 62 rwi 1. Rôle de l'interface 64 2. Propriétés interfaciales recherchées 65 3. Différents types d'interface 67 —, 4. Méthodes de caractérisâtion des propriétés mécaniques de | l'interface 67 a. Méthodes indirectes b. Méthodes directes H* 5. Etude bibliographique du comportement mécanique de l'interface 69 IV. LE COMPOSITE SiC-SiC 2D 74 1. Elaboration 74 m 2. Caractérisation morphologique 75 a. Résultats relatifs à la fibre b. Résultats relatifs à la matrice et aux porosités „ _ 3. Caractérisation microstructurale 80 S a. Résultats relatifs à la fibre b. Résultats relatifs à 1'interphase et à la matrice 4. Caractérisation mécanique de l'interface 83 P a. Méthode expérimentale b. Résultats expérimentaux p CHAPITRE III : COMPORTEMENT EN FLUAGE DU COMPOSITE S I C - S I C 2D : RESULTATS EXPERIMENTAUX I. ANALYSE DES COURBES DE FLUAGE 89 1. Détermination du stade stationnaire 92 f::']') p-fl) 2. Description phénoménologique 93 "* II. RESULTATS EXPERIMENTAUX 94 1. Déformation en fonction du temps et domaine de fluage 97 2. Influence de la température 97 3. Energie d'activation 101 4. Fractographie 102 CONCLUSION |rPT7\ CHAPITRE IV : INTERPRETATION DES RESULTATS ET DISCUSSION INTRODUCTION I. DECONVOLUTION 110 ^ 1. Problématique 110 _'' 2. Analyses théoriques 111 a. Etude bibliographique «n b. Détermination de la localisation du plan neutre 3. Etude expérimentale 117 a. Fondements théoriques de la modélisation b. Détermination expérimentale de la localisation du plan neutre a. Réalisation du marquage lithographique ß . Mesure de la localisation du plan neutre et calcul du rapport X " ^ 4. Résultats et validation du modèle 127 CONCLUSION II. ETUDE DE L'ETAT TRANSITOIRE 132 m 1. Problématique 132 2. Approche rhéologique 133 a. Fondements théoriques b. Principe de la méthode 3. Etude expérimentale 138 4. Résultats et discussion de la simulation 140 a. Résultats de la simulation " • ) b. Comparaison avec les données expérimentales CONCLUSION III. MECANIQUE DES MILIEUX CONTINUS ENDOMMAGES 143 ^ 1. Problématique 143 2. Aspect phénoménologique de la Mécanique des Milieux Continus Endommagés 144 a. Concept de la contrainte effective " ^ b. Loi d'évolution de 1'endommagement 3. Mesure de 1'endommagement 147 a. Méthodes directes m b. Méthodes indirectes 4. Interprétation des courbes de fluage rupture 149 a. Mesure indirecte de 1'endommagement m b. Interprétation des résultats IV. DISCUSSION ET SYNTHESE 153 CONCLUSION 163 «> BIBLIOGRAPHIE 165 ANNEXE I r - Rappels succints d'analyse d'images pour le traitement d'un composite à fibres 173 ANNEXE II «w Simulation d'une structure composite à fibres 177 ANNEXE III Description de l'appareillage de fluage et mode opératoire 185 ^ INTRODUCTION Afin uploads/Sante/ ph-d-thesis-francois-abbe-1990.pdf