Contribution to the modelling of electrical percolation phenomena in materials with complex structures : application to induction welding of composite materials for the aeronautics industry

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la modélisation des phénomènes de percolation électrique dans les matériaux à structures complexes. Ils constituent une contribution aux travaux déjà réalisés dans ce sens au laboratoire IREENA. Les matériaux cibles sont les composites stratifiés thermoplastiques à fibres de carbone longues utilisés dans l’industrie aéronautique. En effet, depuis plusieurs années, le laboratoire porte une approche originale d’injection rapide et sans contact de puissance électromagnétique dans ces matériaux, ouvrant la piste à de nouveaux procédés en rupture technologique que ce soit pour le soudage ou pour l’évaluation de la santé-matière. Cependant, l'étude directe de ces matériaux est rendue impossible par le facteur d’échelle très important entre l’échelle macroscopique (échelle de la structure) et microscopique (échelle de la fibre). Il est ainsi nécessaire de passer par des techniques d’homogénéisation multi-échelle prenant en compte les phénomènes de percolation électrique dans les plis et entre les plis. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une approche de modélisation de ces phénomènes validée par une campagne de caractérisation électrique et par coupes micrographiques. La focalisation de la puissance de chauffe dans une zone d’intérêt est aussi une piste exploitée dans ces travaux de thèse.The work presented in this thesis focuses on the modelling of electrical percolation phenomena in materials with complex structures. It is a contribution to the work already carried out in this direction within IREENA laboratory. The target materials are carbon fiber reinforced thermoplastic laminated composites used in the aeronautics industry. Indeed, for several years, the laboratory has been using an original approach of rapid and non-contact injection of electromagnetic power into these materials, opening the way to new processes that are technologically groundbreaking, whether for welding or for the assessment of material health. . However, the direct study of these materials is impossible by the very important scale factor between macroscopic (structure part scale) and microscopic (fiber scale) scales. It is therefore necessary to use multi-scale homogenization techniques that take into account the phenomena of electrical percolation in the plies and between the plies. The objective of this thesis work is to propose a modeling approach of these phenomena validated by an electrical characterization campaign and micrographic sections. The focusing of the heating power in an area of interest is also a possibility used in this thesis work