Etude du résidu carboné et de la liaison fibre/matrice lors de la pyrolyse de composites carbone/phénolique

Mastering the development and industrial behavior of 2D phenolic matrix composite materials reinforced by carbon fibers for aeronautical and space applications implies understanding the phenomena concomitant with the pyrolysis of these materials. The work presented here deals with the consequences of the carbonization (300-1250 K) of the matrix on the structure, morphology and composition of the constituents of these composites, on the mechanical properties of the interfaces and the resulting materials. The physico-chemical surface properties of the carbon fibers studied first made it possible to explain the evolution of interfacial shear stresses measured on model composites treated at different temperatures. A model of evolution of the structure and morphology of the constituents and interfaces during pyrolysis was then proposed and made it possible to explain the mechanical properties of cohesion (porosity) of the material according to their interfacial properties. The validity of these conclusions has been proven on novel mixed carbon/SiC matrix composites by correlating the macroscopic properties of materials and interfacial properties evaluated by cycled traction. This thesis illustrates the interactions between interfacial and macroscopic properties of carbon/phenolic materials during their pyrolysis, and proposes avenues for the evaluation of interfaces in these materials.La maîtrise de l'élaboration et du comportement industriel des matériaux composites 2D à matrice phénolique renforcés par des fibres de carbone pour les applications aéronautiques et spatiales implique la compréhension des phénomènes concomitants à la pyrolyse de ces matériaux. Les travaux présentés ici traitent des conséquences de la carbonisation (300-1250 K) de la matrice sur la structure, la morphologie et la composition des constituants de ces composites, sur les propriétés mécaniques des interfaces et des matériaux résultants. Les propriétés physico-chimiques de surface des fibres de carbone étudiées ont d'abord permis d'expliquer les évolutions des contraintes en cisaillement interfacial mesurées sur des composites modèles traités à différentes températures. Un modèle d'évolution de la structure et de la morphologie des constituants et des interfaces au cours de la pyrolyse a ensuite été proposé et a permis d'expliquer les propriétés mécaniques de cohésion (porosité) du matériau suivant leurs propriétés interfaciales. La validité de ces conclusions a été éprouvée sur de nouveaux composites à matrice mixte carbone/SiC en corrélant les propriétés macroscopiques des matériaux et les propriétés interfaciales évaluées par traction cyclée. Cette thèse illustre les interactions entre propriétés interfaciales et propriétés macroscopiques des matériaux carbone/phénolique lors de leur pyrolyse, et propose des pistes pour l'évaluation des interfaces dans ces matériaux