Abstract FR:

L'utilisation de materiaux composites pour la realisation de structures mecaniques de haute performance n'a cesse de croitre ces dernieres annees, notamment dans le domaine particulier de la conception de detecteurs de particules. De telles utilisations impliquent pour les equipes chargees de concevoir ces detecteurs de pouvoir disposer d'outils d'analyse et de prediction fiables du comportement de structures en materiaux composites dans l'environnement complexe des experiences de physique des particules. Cette these s'inscrit dans ce type de preoccupation en cherchant a caracteriser et a analyser, le comportement et la stabilite dimensionnelle de structures en composites, vis-a-vis de chargement hygromecaniques transitoires monotones ou cycliques. L'etude experimentale de l'absorption d'eau et des phenomenes d'expansion hygrometrique en milieu humide de materiaux composite, tels que des composites carbone/epoxy, carbone/cyanate ester ou carbone/carbone, a mis en evidence les points suivants. A la diffusion de l'humidite dans la matrice, s'ajoute une diffusion au niveau des interfaces et une infiltration de l'eau au niveau de defauts deja existants. Ces phenomenes s'accompagnent d'un endommagement par voie chimique du polymere par reactions d'hydrolyse avec l'eau, confirmant le caractere a deux phases de la diffusion. Les phenomenes de gonflement de la resine, consequences de la formation de liaisons hydrogenes entre l'eau et le polymere, apparaissent moins marques pour les echantillons a base de resine cyanate ester que ceux en resine epoxy. A humidite elevee (85%), une augmentation tres significative du coefficient d'expansion hygrometrique des polymeres testes peut etre observee. L'apparition de nouveaux sites de dipoles forts, consequence d'une progression significative des phenomenes de degradation par voie chimique au sein du polymere pour un etat d'hygrometrie ambiant proche de l'etat de condensation, apparait en etre la cause. Des analyses au microscope electronique mettent en outre en evidence l'existence de phenomenes de decohesions entre les fibres et la matrice. Les modeles classiques, qui supposent un contact parfait entre la fibre et la matrice, tels que le modele de springer qui fait reference pour les problemes hygroscopiques, apparaissent insuffisants pour decrire precisement le comportement des composites testes. Des modeles enrichis de prediction du comportement hygromecanique de materiaux composites, incorporant la contribution des zones de liaisons entre la fibre et la matrice, ont donc ete proposes. La prise en compte du caractere diffusif et piegeant des interfaces nous conduit a une tres bonne correlation entre les valeurs experimentales et theoriques. Nous montrons egalement que l'introduction d'un coefficient de decohesion interfaciale aboutit a une bien meilleure estimation des coefficients d'expansion hygrometrique des composites. Enfin, l'utilisation de ces modeles pour des etudes de conception de structures mecaniques de detecteurs de particules est presentee.