Etude de l’évolution de l’endommagement en fatigue d’un matériau composite multifonctionnel sous l’effet de la variation de l’épaisseur du conducteur en cuivre

Abstract

Ce travail de recherche porte sur l’étude du comportement électromécanique de composites multifonctionnels à matrice époxy renforcés par des fibres de verre et intégrant un film conducteur en cuivre. Deux configurations de matériaux ont été élaborées : GFC0.1, avec un insert en cuivre de 0,1 mm d’épaisseur, et GFC0.05, avec un insert de 0,05 mm. L’objectif principal est triple : • Déterminer le comportement mécanique du composite multifonctionnel sous sollicitations de fatigue au cours de sa vie utile ; • Identifier le comportement mécanique de l’insert métallique dans la structure stratifiée • Analyser l’influence de la variation de l’épaisseur de l’insert et celle de la tension électrique sur les réponses mécaniques et électriques du composite. Des essais de traction ont permis de mettre en évidence l’effet du gradient de rigidité et des contraintes parasites à l’interface cuivre/composite, responsables d’une réduction de la résistance mécanique lorsque l’épaisseur de l’insert augmente. Des essais de fatigue sous différents niveaux de contrainte (50 %, 65 % et 80 % de la MTR) et de tension (5 V, 9 V et 12 V ±0,3) ont permis de tracer les courbes de fatigue et de déterminer les équations caractéristiques de chaque matériau. Les résultats montrent que la résistance à la fatigue dépend fortement de l’épaisseur de l’insert, du niveau de contrainte et de la tension appliquée. GFC0.1 est plus performant à forte contrainte, tandis que GFC0.05 résiste mieux à faible contrainte, grâce à une interface moins perturbée. L’analyse de l’évolution de la résistance électrique Rél a révélé trois phases successives, reflétant différents stades d’endommagement du conducteur métallique. L’observation post-mortem des éprouvettes a confirmé que la rupture du cuivre, et non celle du composite, détermine la fin de vie du matériau. Une déformation plastique marquée et la formation de stries et de fossettes sur les faciès de rupture ont été observées au microscope électronique, mettant en évidence la complexité des mécanismes de fissuration sous courant. Ce travail met en évidence le rôle central de l’épaisseur de l’insert, de la sollicitation mécanique et de la tension appliquée dans le comportement en fatigue des composites multifonctionnels. Il ouvre la voie à des recherches futures sur l’optimisation de l’interface cuivre/composite et sur le comportement de ces matériaux sous d’autres formes de sollicitation.