Doctorat : Evolution couplée des propriétés physiques des élastomères chargés pour une détection intelligente des dommages

Nous cherchons à pourvoir un poste de doctorat au département de physique (Laboratoire Charles Coulomb, U Montpellier), en collaboration avec IMP Lyon, sur la caractérisation des caractéristiques dynamiques des élastomères chargés comme outils intelligents pour la détection précoce, in situ et non destructive des dégâts de fatigue. Les défaillances matérielles peuvent avoir des conséquences catastrophiques, avec des coûts de gestion, de réparation et de recyclage importants. Une stratégie prometteuse pour réduire l’impact environnemental consiste à développer de nouvelles méthodes de maintenance prédictive dans le but d’allonger la durée d’exploitation. Notre projet propose le développement d’une méthodologie pour la détection électrique en temps réel des dommages dans les élastomères chargés.

La technique principale sera la spectroscopie diélectrique, couplée à la diffusion des rayons X aux petits angles et aux tests mécaniques. La spectroscopie diélectrique sera utilisée, comme par exemple celle que nous appliquons aux mécanismes de percolation des nanoparticules. Le groupe collaborateur a fourni la preuve, par des mesures électriques, de l’existence de l’adoucissement des contraintes de Mullins et Payne, qui est lié à l’efficacité d’une pièce en polymère. Les effets Mullins et Payne impliquent des changements microstructuraux des chaînes macromoléculaires et/ou du réseau de nanoparticules (noir de carbone, silice). Leur compréhension est la clé pour améliorer les performances des supports en caoutchouc. Concernant la diffusion des rayons X et son analyse, nous avons développé des modèles et les avons appliqués avec succès à différents nanocomposites. Enfin, nous sommes également équipés de rhéomètres dans les deux laboratoires, et nous avons commencé à coupler les mesures SAXS sur les lignes de lumière synchrotron avec le cisaillement in situ, et les mesures diélectriques d’acquisition rapide avec la rhéologie. Toutes ces techniques serviront dans ce projet et seront exploitées davantage en couplant pleinement les trois techniques.

Ce projet vise à contrôler la destruction du réseau de nanocharges lors de la déformation et sa récupération ultérieure (floculation). Ces phénomènes peuvent être retracés par la conductivité électrique due à la destruction/formation de voies conductrices. L’influence de la température, de la teneur en nanocharges et des interactions polymère-charge sera prise en compte. La corrélation de la conductivité électrique avec la microstructure révélera la relation structure-propriétés sous déformation. L’objectif est de comprendre les mécanismes d’endommagement captés par les mesures électriques in situ, afin de détecter la fatigue en temps réel, et ainsi prédire la rupture mécanique.