Soutenance de thèse de Komla Dela Mawulawoe AHOSE

Cette thèse s’intéresse au phénomène de vieillissement thermique d’élastomères synthétiques, amorphes, vulcanisés et additionnés de charges (noir de carbone). Sur la base d’une même formulation matériau, on étudie plus particulièrement, l’impact du process initial (condition de vulcanisation), les conséquences de l’évolution physico-chimique des matériaux sur le comportement mécanique et l’influence d’un chargement mécanique permanent durant le vieillissement. Des caractérisations mécaniques (essais cycliques, relaxations par paliers, essais de compressibilité) et physico-chimiques (suivi des variation de dimension et de masse, essais de gonflement dans un solvant) sont réalisées afin de quantifier l’impact du vieillissement. Le phénomène dominant étant une augmentation de la densité de réticulation (maturation des polysulfures en di- ou mono-sulfures). D’une manière générale la partie expérimentale nous permet de formuler un certains nombre d’hypothèses (isotropie, insensibilité de certaines caractéristiques physiques aux vieillissement, etc.) qui nous guident pour le développement de modèles. En terme de modélisation, on s’appuie sur une approche thermo-chimio-mécanique qui s’inscrit dans le cadre de la thermodynamique des processus irréversibles avec introduction de variables internes afin de traduire d’une part les non-linéarité de comportement de ce type de matériau (grandes déformations, viscoélasticité non-linéaire et effet Payne), et d’autre part de décrire l’évolution physico-chimique du réseau macromoléculaire (qui dépend de la température et de l’état mécanique). Cette modélisation nous permet d’introduire un couplage réciproque entre état physico-chimique et état mécanique et doit nous permettre à terme de pouvoir traiter des situations complexes (non-homogènes et couplées) à l’aide d’éléments-finis par exemple.

This thesis mainly concern the thermal aging phenomenon in synthetic rubbers which are amorphous, initially vulcanized and filled with carbon blacks. On the basis of one material formulation, we study: the impact of the process (vulcanization condition), the influence of the chemo-physical evolution of the cross-linked network on the mechanical behavior and the influence of a permanent mechanical load during aging. Mechanical characterizations (cyclic, relaxation and hydrostatic tests) and chemo-physical ones (variation of mass and volume, swelling in solvent) are realized so as to quantify the impact of aging. The main observed phenomena is an increase of the crosslink density (maturation of polysulfides to mono or di-sulfides crosslinks). From a general point of view, we can formulate many hypothesis from the experimental characterizations (isotropy, non-aging dependence of some physical properties, …). Regarding the modeling part, we have adopted a themo-chemo-mechanical approach that is based on the thermodynamics of irreversible process and the introduction of internal variables such as to phenomelogically describe on one hand the nonlinear mechanical behavior at finite strain (nonlinear viscoelasticty, Payne effect, …) and on the other hand the chemo-physical evolution of the macromolecular network (which depends on temperature and mechanical state). This approach allow us to introduce a reciprocal coupling between chemo-physical state and mechanical state. The main objective is to consider complex situation (non-homogeneous and fully coupled cases) with finite element models in a very next future.