Doctorant en mécanique des solides (H/F)

Vers des structures composites réutilisables : comportement en fatigue des composites à matrice vitrimer avant et après réparation

Dans un contexte de politiques européennes de plus en plus exigeantes en faveur de l'économie circulaire, l'amélioration de la recyclabilité, de la réparabilité et de la réutilisabilité des structures composites constitue aujourd'hui un enjeu scientifique et industriel majeur. La plupart des composites structuraux reposent actuellement sur des matrices thermodurcissables. Bien que ces matériaux présentent d'excellentes propriétés mécaniques, leurs réseaux chimiques irréversibles rendent leur recyclage et leur réparation difficiles. Les procédés de recyclage existants peuvent soit dégrader la qualité des fibres de renfort, soit nécessiter des technologies complexes et coûteuses. Par conséquent, les composants composites endommagés sont encore fréquemment remplacés plutôt que réparés et réutilisés.

Les vitrimères constituent une alternative prometteuse aux résines thermodurcissables conventionnelles. Leurs réseaux covalents adaptatifs permettent aux liaisons chimiques de se réorganiser dans des conditions spécifiques, tout en maintenant l'intégrité globale du matériau. Ce comportement ouvre de nouvelles perspectives pour la réparation, le recyclage et la réutilisation des structures composites. Néanmoins, le comportement mécanique à long terme des composites à matrice vitrimer, en particulier après réparation, reste encore insuffisamment compris. Cette problématique est particulièrement importante pour les applications structurales soumises à des chargements répétés, telles que les réservoirs de stockage d'hydrogène, pour lesquels la fiabilité sur un grand nombre de cycles est essentielle.

L'objectif de ce projet de thèse est d'évaluer et de prédire le comportement en fatigue des composites à matrice vitrimer avant et après réparation, afin d'évaluer leur aptitude à être réutilisés dans des applications structurales. Les travaux viseront à caractériser leur réponse mécanique, à identifier les principaux mécanismes d'endommagement se développant sous chargement cyclique, ainsi qu'à déterminer leurs limites de fatigue et leur durée de vie.
Une attention particulière sera portée à l'influence de la réparation sur l'évolution de l'endommagement et sur la durée de vie résiduelle en fatigue. Le projet cherchera à déterminer si les composites réparés peuvent retrouver et conserver des performances mécaniques suffisantes, à identifier d'éventuelles zones critiques liées au procédé de réparation et à évaluer la durabilité des zones réparées sous chargements répétés. L'étude s'appuiera également sur un critère de fatigue développé en interne afin d'estimer la durée de vie résiduelle des structures composites. Les résultats expérimentaux obtenus sur les composites à matrice vitrimer seront utilisés pour valider, étendre et améliorer ce critère, notamment dans le cas des matériaux réparés. Sa robustesse, son domaine de validité et son potentiel d'application industrielle seront également évalués.

Ce projet de thèse viendra compléter une thèse CIFRE financée par un partenaire industriel et menée en parallèle sur les composites à matrice vitrimer. À terme, ces travaux permettront d'améliorer la compréhension du comportement en fatigue de ces matériaux et de contribuer à l'élaboration de premières recommandations pour la conception, la réparation et la réutilisation de structures composites durables.