Assemblage par fusion de composites à matrice thermoplastique : Caractérisationexpérimentale et modélisation de la cinétique d’auto-adhésion hors équilibre

Semi-crystalline high performance composite laminates are candidates for the aeronautical industry. Welding of these structures is emerging as a new method of joining without the addition of external materials and consists of locally melting the interface and bringing the two substrates into contact. The development of adhesion is historically described by two thermally activated steps: the establishment of intimate contact at the interface and the healing process allowing the assembly to ideally recover the mechanical properties of the initial material. Current composite forming processes are very fast, even continuous, and the time available for adhesion development is limited. This thesis work focuses on the multiphysical phenomena that take place at welded interfaces at short times using experimental and theoretical studies. For this purpose, a new experimental welding device was developed, allowing the identification of the healing kinetics of a high performance PEKK-Carbon composite. A correlation between the welding and rheological relaxation times shows the influence of the degradation related to the thermal history of the composite on its healing kinetics. The establishment of intimate contact also appears to be the limiting factor at low pressures. It is shown that the generally used model is not adapted to predict this kinetics. On the other hand, crystallization, favored by the presence of fibers, is coupled with healing and can therefore degrade the quality of adhesion because it influences crack propagation. An evolution of the bench allowing a faster radiative heating is presented and opens perspectives for a study closer to industrial conditions.Les stratifiés composites hautes performances semi-cristallins sont des candidats pour l’industrie aéronautique. Le soudage de ces structures apparaît comme une nouvelle méthode d’assemblage sans ajout de matériaux externes et consiste à fondre localement l’interface et à mettre en contact les deux substrats. Le développement de l’adhésion est historiquement décrit par deux étapes activées thermiquement : l’établissement du contact intime à l’interface et la cicatrisation permettant à l’assemblage de retrouver idéalement les propriétés mécaniques du matériau initial. Les procédés de mise en forme des composites actuels sont très rapides, voire continus, et le temps disponible pour le développement de l’adhésion est limité. Ce travail de thèse s’intéresse aux phénomènes multiphysiques qui ont lieu aux interfaces soudées à des temps courts à l’aide d’études expérimentales et théoriques. Pour cela, un nouveau dispositif expérimental de soudage a été développé, permettant l’identification de la cinétique de cicatrisation d’un composite hautes performances PEKKCarbone. Une corrélation entre les temps de soudage et de relaxation rhéologiques montre l’influence de la dégradation liée à l’histoire thermique du composite sur sa cinétique de cicatrisation. L’établissement du contact intime apparaît également comme le facteur limitant aux basses pressions. Il est montré que le modèle généralement utilisé n’est pas adapté pour la prédiction de cette cinétique. D’autre part, la cristallisation, favorisée par la présence de fibres, est couplée avec la cicatrisation et peut donc dégrader la qualité de l’adhésion car elle influence la propagation de fissure. Une évolution du banc permettant un chauffage radiatif plus rapide est présentée et ouvre des perspectives pour une étude plus proche des conditions industrielles