Anthony Heyer : Développement et caractérisation d’assemblages sans colle PEKK/Magnésium élaborés par frittage flash

Jury

• Jannick Duchet-Rumeau (INSA Lyon, rapporteure)
• David Grossin (INP, rapporteur)
• Sophie Bistac-Brogly (UHA, examinatrice)
• François Barthelemy (DGA, invité)
• Cyprien Wolff (Mines Nancy, invité)
• Christophe Czarnota (Université de Lorraine, directeur de thèse)
• Anthony Bracq (ISL, co-directeur de thèse)
• Sébastien Lemonnier (ISL, co-directeur de thèse)

Mots clés : Frittage SPS, PEKK, Hybrides Polymère-métal, Surfaces fonctionnelles, Caractérisation interface, Adhesion

Abstract

L’allègement des structures représente un enjeu stratégique pour le secteur de la défense, en particulier pour améliorer l’autonomie et les performances des véhicules blindés. Les matériaux hybrides polymère-métal (PMH) se distinguent par leur capacité à combiner la légèreté et la ductilité des polymères avec la rigidité et la résistance des métaux. Toutefois, leur assemblage est souvent contraint par des méthodes conventionnelles, telles que les fixations mécaniques, sources de fragilité et de masse additionnelle, ou les adhésifs, dont les stabilités thermique et chimique sont limitées.

Cette thèse explore une méthode d’assemblage innovante basée sur le frittage flash (Spark Plasma Sintering ou SPS), une technique issue de la métallurgie des poudres, permettant l’assemblage direct de PMH sans l’usage d’adhésifs. Deux grades de poudres de PEKK, un polymère aux propriétés thermomécaniques remarquables, sont considérés, se démarquant par leur formulation chimique distincte (rapports Tere/Iso). Le frittage SPS de ces poudres, directement réalisé sur un substrat de magnésium Mg AZ31, ouvre la voie au développement d’assemblages performants au caractère biocompatible.

Dans un premier temps, un plan d’expériences a été mis en place afin d’évaluer les performances des deux grades de PEKK. Une analyse des propriétés à petite échelle a été réalisée, mettant en œuvre des techniques telles que la DSC, le WAXS et le SAXS. Cette approche, combinée à une caractérisation des propriétés mécaniques, a permis d’optimiser les paramètres de mise en forme du PEKK afin de maximiser ses performances structurelles tout en apportant une meilleure compréhension des phénomènes liés au frittage des poudres. Des échantillons denses présentant une résistance à la compression jusqu’à 30% supérieure à celle d’échantillons élaborés par voie conventionnelle ont été fabriqués, démontrant l’efficacité de cette approche.

Les PMH ont ensuite été assemblés en une seule étape grâce au SPS. Une attention particulière a été portée à l’optimisation de l’interface polymère-métal via des traitements de surface ciblés. Parmi eux, le greffage de promoteurs d’adhésion tels que l’APTES et la PolyDopamine, un composé bio-inspiré, a significativement amélioré les performances de l’assemblage. Des essais mécaniques, en traction et cisaillement, ont révélé des valeurs de rupture 50% plus élevées par rapport à celles d’assemblages utilisant un adhésif structural, démontrant ainsi le potentiel de ces PMH élaborés par frittage flash pour des applications d’allègement des structures.

En visioconférence

Il est possible d’assister à la soutenance en visioconférence sur Microsoft Teams.