13 Décembre – Soutenance HDR Jean-Benoit KOPP

09 h Amphi LRL Ensam Talence

Contribution à la rupture dynamique des matériaux polymères

Abstract - Résumé

The mechanical behavior of polymers is relatively complex to understand because it is potentially visco-elastoplastic and therefore strongly dependent on the dynamics of the material. Depending on the crack velocity, for example, a polymer for structural use that is rather ductile at low velocities can reveal a brittle behavior at high velocities. The study of the fracture properties of these materials seems to lead to the emergence of a new class of materials in fracture mechanics, the hyper-brittle. The work described in this manuscript, based mainly on an experimental approach, contributes to document phenomena at different scales to better understand and predict them. An original experimental and numerical methodology is implemented to understand the fracture conditions of these materials under severe stresses. In a first part, the mechanisms of fast cracking are described at small scales and then correlated to the structure of the highly heterogeneous material. The interest of analyzing the fracture surfaces to access the local mechanisms is discussed. This allows to understand the differences in fracture behavior, ductile and brittle, for these materials. In a second part, a numerical methodology allowing to consider another dynamics, that of the structures, is described. A predictive criterion can be estimated, the minimum fracture energy of the material, considering the inertial effects induced by the rapid propagation of the crack. In a third part, some parameters influencing the fracture conditions are studied: time and temperature. The aim of this work on hyper-brittle is to provide information on the ductile-brittle transitions in polymers for structural use, whether they are induced by the solicitation (crack velocity, impact) or the effects of the environment (temperature in particular). Part of the projection of this work will focus more generally on the study of brittle and quasi-brittle materials, not necessarily polymers. The methodologies implemented in this work can, indeed, be applied.

Le comportement mécanique des polymères est relativement complexe à appréhender car potentiellement visco-élasto plastique et donc fortement dépendant de la dynamique du matériau. En fonction de la vitesse de fissuration par exemple, un polymère à usage structural plutôt ductile à basses vitesses peut révéler un comportement fragile à hautes vitesses. L’étude des propriétés à rupture de ces matériaux semble faire émerger une nouvelle classe pour les matériaux en mécanique de la rupture, celle des hyper-fragiles. Les travaux décrits dans ce manuscrit, basés majoritairement sur une approche expérimentale, contribuent à documenter des phénomènes à différentes échelles pour mieux les comprendre et les prédire. Une méthodologie expérimentale et numérique originale est mise en œuvre pour appréhender les conditions de rupture de ces matériaux sous sollicitations sévères. Dans une première partie, les mécanismes de fissuration rapide sont décrits aux petites échelles puis corrélés à la structure du matériau fortement hétérogène. L’intérêt d’analyser les faciès de rupture pour accéder aux mécanismes locaux est discuté. Cela permet de comprendre in fine les différences de comportement à rupture, ductile et fragile, pour ces matériaux. Dans une seconde partie, une méthodologie numérique permettant de considérer une autre dynamique, celle des structures, est décrite. Un critère prédictif peut ainsi être estimé, l’énergie de rupture minimale du matériau, en considérant les effets inertiels induits par la propagation rapide de la fissure. Dans une troisième partie, certains paramètres influençant les conditions de rupture sont étudiés: le temps et la température. Ces travaux sur les hyper-fragiles ont pour but de renseigner sur les transitions ductile-fragile dans les polymères à usage structural, qu’elles soient induites par la sollicitation (vitesse de propagation, impact) ou les effets de l’environnement (température notamment). Une partie de la projection de ces travaux portera plus généralement sur l’étude des matériaux fragiles et quasi-fragiles, pas nécessairement polymères. Les méthodologies mises en œuvre dans ces travaux peuvent, en effet, être appliquées.

Composition du jury

  • François Hild, Directeur de Recherche, CNRS - Rapporteur
  • Daniel Bonamy, Ingénieur de Recherche, CEA - Rapporteur
  • Laurent Warnet, Assistant Professor, University of Twente - Rapporteur
  • Sylvie Castagnet, Directeur de Recherche, CNRS - Examinateur
  • Christophe Fond, Professeur des Universités, Université de Strasbourg - Examinateur
  • Stéphane Morel, Professeur des Universités, Université de Bordeaux - Examinateur 
  • Philippe Viot, Professeur des Universités, Arts et Métiers - Garant

Informations complémentaires

Date de soutenance : Lundi 13 Décembre 2021 à 9h 

Lieu de soutenance : Amphi Laroche Foucault - ENSAM - Talence

Localisation de l’événement