Contribution à l'étude des comportements mécanique, thermique et électrique des matériaux composites à matrice polymère

Abstract

Cette thèse porte sur l’étude et la modélisation des propriétés mécaniques, thermiques et électriques des composites à matrice polymère, en mettant particulièrement en lumière l’effet des renforts et des interactions interfaciales. Dans un premier temps, l’influence des fibres de Bore et de Kevlar 49 sur les propriétés mécaniques du polyéthylène haute densité (PEHD) a été analysée théoriquement, en évaluant leur impact sur la masse volumique, le module d’élasticité, la déformation à la rupture et la contrainte maximale supportée. La seconde partie s’intéresse à la modélisation de la conductivité thermique des composites (PE/TiB₂ ), en tenant compte à la fois des interfaces parfaites et imparfaites ainsi que de différentes géométries de renforts (sphériques et cylindriques). Les modèles de Hashin-Shtrikman et de Hasselman-Johnson ont été utilisés pour quantifier les effets des paramètres microstructuraux sur les performances thermiques globales. Une troisième étude est consacrée à l’analyse des mécanismes de transfert thermique internes, notamment par l’étude des flux de chaleur ainsi que des résistances thermiques du renfort, à l’interface et de la matrice. Enfin, la conductivité et la résistivité électrique des nanocomposites polymères à base de graphène, tels que le (PS/Gn) et le (PVDF/Gn), a été étudiée. À l’aide des modèles de Wiener, de Deng-Zheng et de loi de puissance, l’impact de la taille, de la forme et de la dispersion des nano-feuillets de graphène a pu être évalué. Les résultats obtenus soulignent l’importance de la nature du renfort, de la qualité de l’interface et de la structuration interne pour l’optimisation des propriétés fonctionnelles des composites. Ce travail ouvre la voie au développement de matériaux multifonctionnels destinés à des applications avancées dans les domaines de l’électronique, de l’aéronautique, de l’automobile, de l’énergie et du biomédical.