Modélisation de la performance dynamique d’un système de protection céramique-colle-composite : analyse de la fonctionnalité de la couche de colle

Cette proposition de thèse s’inscrit dans un projet amont concernant l’amélioration des performances de blindages dits « bi-dureté » constitués d’une couche de céramique (en face avant) et d’une couche de composite (en face arrière dite de backing) schématisés figure 1. La fonction principale de la couche céramique est de ralentir la progression du projectile impactant en dissipant de l’énergie par fragmentation [Rahbek 2017, Shokrieh 2008, Colar 2013, Colar 2015]. La fonction principale de la couche de backing est de retenir les fragments de céramique (critère de non-perforation) et de limiter l’enfoncement de la protection (critère d’enfoncement). Pour assembler ces deux matériaux, une colle est utilisée. Actuellement cette couche de colle n’est pas explicitement fonctionnalisée pour participer aux performances du blindage. Un des objectifs principaux de ce projet est de comprendre et modéliser la fonction de cette couche pour l’amélioration du blindage

S’il est fondamental de comprendre les modes de fragmentation de la face avant sous l’impact ainsi que les modes de rupture du backing, il s’avère nécessaire de considérer l’influence de la résistance de la colle sur ces modes de ruptures. C’est en effet la résistance à la rupture de la colle qui permet au système d’avoir une rigidité en flexion suffisante limitant la déflection face arrière, et permettant de prévenir la perforation de la couche de « backing » par des fragments de céramique. La colle a aussi pour rôle le maintien de la couche de « backing ». Il est aussi probable et important d’analyser par un couplage Essais-Calculs afin de comprendre si la couche de colle peut participer à l’amélioration de la fragmentation de la couche de céramique. Un autre objectif de ce projet est donc de capitaliser les développements des modèles de comportement développés lors du précédent projet AID « tri-couches » [Essongue 2022] et de la thèse DGA/ISL de Tristan Camalet [Camalet 2020, Duplan 2020, Francart 2017] mais aussi des développent réalisés dans les laboratoires partenaires concernant le comportement des interfaces collées [Lopez-Puente 2005, Lélias 2018, Jaillon 2019a 2019b, Planas 2024],

De plus, dans le développement de ces protections, la recherche de nouveaux matériaux et d’assemblages optimisés pour satisfaire au mieux les critères de protection (Absorption d’énergie, non perforation du backing, poinçonnement du backing, réutilisation, protection multi-impacts, recyclabilité et environnement) est nécessaire. Dans ce cadre, deux partenaires identifiés (actuellement partenaire de l’ISAE-SUPAERO) Arkema pour les colles et St Gobain pour les matériaux de protection (en face avant et pour le backing) souhaitent participer au projet par la fourniture de matériaux colles (Arkema) ou de matériaux nouveaux (Saint Gobain). Ce dernier point constitue un objectif d’ouverture du projet concernant l’étude de nouveaux matériaux en face avant et de backing.

Les travaux de thèse s’inscrivent donc à la suite de ces activités de recherche dans le domaine (travaux réalisés à l’ISAE-SUPAERO/ICA en collaboration avec ICUBE et l’ISL depuis 2017 (Thèse CAMALET / Post Doc ESSONGUE) et s’intéresse plus particulièrement à l’influence de la rupture ou des propriétés de tenue de la colle sur la modification de fragmentation de la céramique et la déflection/endommagement du backing. Les travaux de thèse s’inscrivent aussi dans une thématique concernant la modélisation à grande vitesse du comportement des matériaux et des structures composites assemblés collés (et/ou boulonnés).