Добірка наукової літератури з теми "Élastomères – Effets de la température – Oxydation"

Cet article porte sur l'étude de la réaction de nitratation (oxydation de nitrites en nitrates) par voie biologique aérobie avec des bactéries autotrophes nitratantes. Les phénomènes d'inhibition de l'ammoniac sur l'activité nitratante de populations microbiennes issues de boues activées (populations mixtes ou enrichies en bactéries nitratantes) ont été caractérisés. A l'aide d'une méthodologie faisant appel à la respirométrie, les caractéristiques de la population enrichie ont été définies : - les conditions optimales de mise en oeuvre sont un pH de 7,8 et une température de 29·C - les paramètres cinétiques définissant les performances sont QSmax=61 mgN-NO2-/gMVS×h et KS=3,04 mgN-NO2-/l - cette population présente une bonne tolérance vis-à-vis de NH3, une inhibition de 60% de la respiration des bactéries nitratantes ayant été obtenue pour 11,4 mgN-NH3/l. Les mêmes effets inhibiteurs ont été observés lors de la mise en culture discontinue de populations mixtes dans les conditions optimales de pH et température. Dans ces conditions de mise en oeuvre, différentes cultures dont les concentrations en biomasse totale ont varié de 0,1 à 2 gMVS/l, en présence de 3 mgN-NH3/l, ont présenté la même vitesse spécifique de nitratation. Ces phénomènes d'inhibition de la nitratation par NH3 paraissent complexes et fortement dépendant de facteurs environnementaux qui agissent sur la dynamique de croissance de ces bactéries.

Grâce à leurs propriétés mécaniques particulières, notamment leur capacité à subir de grandes déformations d'une part, et à dissiper de l'énergie d'autre part, les élastomères chargés sont employés dans de nombreux domaines industriels et plus particulièrement dans celui des transports. En service, la plupart des composants sont soumis à des sollicitations cycliques et les chargements sont souvent multiaxiaux et non-relaxants. L'optimisation de tels composants en termes de durée de vie nécessitent de mettre en place des outils prédictifs permettant de quantifier leur tenue mécanique pour ces chargements complexes. D'autre part, leur comportement dissipatif associé à leur faible conductivité thermique conduit à une accumulation de chaleur dans le matériau entraînant une élévation de la température lors de chargements répétés. On parle d'auto-échauffement. Puisque ce phénomène tend à réduire la tenue en fatigue, il a été largement étudié ces dernières années mais rarement pour les chargements multiaxiaux. Finalement, les élastomères soumis à des températures élevées pendant un certain temps voient leurs propriétés mécaniques se dégrader. Les études qui s'intéressent à ce phénomène dit de vieillissement thermo-oxydant se concentre bien souvent sur son impact sur les propriétés à rupture du matériau et négligent malheureusement son impact sur le comportement en fatigue.Ce travail de thèse consiste à construire un outil de prédiction de durée de vie basé sur le cumul de dommage prenant en compte à la fois la multiaxialité des chargements cycliques, le phénomène d'auto-échauffement ainsi que le vieillissement thermo-oxydant
Thanks to their particular mechanical properties, in particular their ability to undergo large deformations on the one hand, and to dissipate energy on the other hand, filled elastomers are used in many industrial fields and more particularly in that of transport. In service, most components are subjected to cyclic stresses and the loads are often multiaxial and non-relaxing. The optimization of such components in terms of service life requires the implementation of predictive tools to quantify their mechanical strength for these complex loads. On the other hand, their dissipative behavior associated with their low thermal conductivity leads to an accumulation of heat in the material leading to a rise in temperature during repeated loadings. We are talking about self-heating. Since this phenomenon tends to reduce the fatigue strength, it has been widely studied in recent years but rarely for multiaxial loadings. Finally, elastomers subjected to high temperatures for a certain time see their mechanical properties deteriorate. Studies that focus on this phenomenon called thermo-oxidative aging often focus on its impact on the fracture properties of the material and unfortunately neglect its impact on fatigue behavior.This thesis work consists in building a lifetime prediction tool based on the accumulation of damage taking into account both the multiaxiality of cyclic loadings, the phenomenon of self-heating as well as thermo-oxidative ageing

Les proprietes mecaniques et la resistance a l'oxydation des superalliages monocristallins permettent leur emploi dans la fabrication des aubes de turbines a gaz. Le but de ce travail est de determiner l'influence de leur composition sur les cinetiques d'oxydation entre 900 et 1100c et sur la nature et la microstructure des oxydes et d'etudier la stabilite mecanique des couches d'oxyde formees a 1100c. Les superalliages etudies sont: cmsx2, cmsx4, cmsx6, srr99, mc2, mc2-sihf, am3, am3-sihf, am3-ta, am3-re et am3-pt. L'augmentation du rapport al/cr ou la diminution du rapport ti/ta, diminue la vitesse d'oxydation a 900c. L'addition de si, hf, re et pt ameliore la resistance a l'oxydation a 900 et 1000c mais seuls si et hf gardent le meme effet a 1100c. Les oxydes formes a 900c sont adherents et formes de quatre sous-couches 1- (ni,co)o + (ni,co)cr#2o#4, 2- nitio#3, 3- cr#2o#3 et 4- (al,cr,ti)(ta,ti)o#4. L'oxydation interne de l'aluminium et une zone appauvrie en ' ont ete mises en evidence. A 1100c, les oxydes sont formes de cinq sous-couches 1-(ni, co)o, 2- nitio#3, 3- (ni,co)cr#2o#4 + (ni,co)al#2o#4 4- (al,cr,ti)(ta,ti)o#4 et 5- al#2o#3. Ces oxydes s'ecaillent pendant le refroidissement a des temperatures comprises entre 750 et 300c. L'ecaillage ne depend pas de la vitesse de refroidissement. Lorsque l'ecaillage se produit a basse temperature les zones ecaillees ont une microstructure ou les empreintes des cristallites d'alumine ecaillee sont visibles et lorsque il se produit a plus haute temperature, les surfaces mises a nu pendant le refroidissement se reoxydent. Apres oxydation a 1100c, l'ecaillage est enregistre en continu pendant le refroidissement. Deux types d'ecaillage sont observes : 1- rapide et brutal et 2- lent et progressif. Les essais realises ont permis de determiner la variation de temperature, t, necessaire a l'initiation de l'ecaillage. Les resultats ont ete analyses avec le modele d'evans et lobb decrivant l'ecaillage en absence de deformation plastiques du substrat metallique. T depend de l'epaisseur de la couche d'oxydes et de l'energie de rupture interfaciale. Les elements d'addition si, hf, re et particulierement pt diminuent la valeur de t.

Ce travail concerne l'étude de matériaux susceptibles d'être utilisés comme gaine isolante de câbles électriques en centrale nucléaire. L'objectif principal fut de relier l'évolution des propriétés d'usage à celles de la structure moléculaire et de la morphologie cristalline après l'irradiation. Les EPDM étudiés sont des terpolymères (éthylène-propylène-norbornène) semi-cristallins à faible taux de cristallinité (Xc environ égal à 10 %). Trois formulations sont choisies : l'élastomères seul, l'élastomère vulcanisé et l'élastomère vulcanisé possédant un antioxydant. La détermination de la morphologie cristalline s'avère difficile vu le faible taux de cristallinité. Les zone cristallines sont de petites tailles mais nombreuses. Elles jouent le rôle de nœuds physiques et modifient beaucoup les propriétés mécanique. L'élastomère seul réticule chimiquement avec l'augmentation de la dose d'irradiations gammas sous oxygène puis se dégrade pour une dose supérieure à 100 kGy. L'influence des cristallites est prédominante avant leur fusion : le matériau devient plus rigide et plus fragile. La comparaison des différentes formulations montre que l'antioxydant semble être en trop faible quantité (0,1 wt %) pour jouer un rôle protecteur. Par contre, la vulcanisation initiale entraîne une diminution de la cristallinité associée à des cristallites encore plus petites. Lors de l'irradiation gamma, c'est la dégradation des matériaux qui prédomine après a fusion des cristallites. Ils sont moins rigides mais aussi plus fragiles avec l'augmentation de la dose d'irradiation. Lors d'irradiations électroniques sous atmosphère inerte, les trois formulations réticulent avec l'augmentation de la dose d'irradiation. C'est donc l'atmosphère choisie durant l'irradiation qui contrôle l'évolution des propriétés. De plus, les effets sont amplifiés pour des irradiations gammas en raison du faible débit de dose utilisé donnant des temps d'exposition plus longs pour une même dose totale intégrée.

La caractérisation systématique des cinétiques de croissance et des microstructures des couches dans le cas de l'oxydation du nickel, est faite, dans un large domaine de température (450-1200 °C) et pour des épaisseurs moyennes de couches comprises entre 0.5 et 70 μm. La préparation de surface du nickel polycristallin de haute pureté (polissage mécanique et recuit réducteur) permet d’obtenir une très bonne reproductibilité. Les cinétiques d'oxydation sont purement paraboliques aux températures supérieures à 1000 °C, et parabolique puis cubique à 800 et 700 °C quand l'épaisseur de la couche d'oxyde augmente. Trois morphologies de surface sont détaillées : les grains facettés, les cellules et les plaquettes ; et trois microstructures internes sont distinguées : simplex compacte, simplex poreuse et duplex. L'effet de l'orientation du substrat sur les microstructures des couches est important. L'effet d'une modification de la préparation de surface sur les microstructures et cinétiques de croissance des couches d'oxyde est étudié. Des oxydations multi-températures permettent de montrer qu'à 1100 °C, la croissance est purement cationique, alors qu'à 700 °C, la croissance de l'oxyde se fait conjointement aux interfaces interne et externe de la couche. Les modèles cinétiques d'oxydation à haute température ne prenant pas en compte la croissance de la couche interne de la microstructure duplex et l'effet de l'orientation du substrat sur les couches d'oxyde sont insuffisants. Dans le modèle de croissance des couches d'oxyde proposé, l'effet de la diffusion aux joints de grains, et en surface, même pour les plus hautes températures, est discuté. En outre, le transport gazeux de l'oxygène à travers partie ou totalité de la couche, les réactions aux interfaces, et donc, les quantités de lacunes injectées et annihilées doivent être prises en compte pour expliquer la formation de la couche interne de la microstructure duplex.

Les fibres de carbone sont les constituants essentiels des matériaux composites C/C (renforts fibreux) et, bien qu'elles possèdent de remarquables propriétés mécaniques en milieux neutres ou réducteurs, elles sont très vulnérables aux milieux oxydants dès 500°C. L'étude porte sur un domaine de températures compris entre 800 et 1400°C. Les protections solides ne permettent pas de conserver intacts les matériaux carbones à ces températures en raison de contraintes mécaniques et thermiques (décohésion de l'interface carbone/solide conduisant à la perte d'efficacité de la couche protectrice). Les travaux envisagent des méthodes de protection gazeuse en milieu inerte (gaz rares et argon) et/ou halogènes (chlore) expérimentés sur la fibre de carbone haut-module. Les techniques expérimentales utilisées sont plus particulièrement la thermogravimétrie et l'analyse par spectrométrie de masse qui permettent de déterminer les cinétiques d'oxydation et la composition gazeuse du milieu réactionnel. La nature du gaz inerte influe sur la cinétique d'oxydation dans la mesure ou ces derniers créent une barrière de diffusion gazeuse autour du solide carbone. L'inhibition est de nature chimique pour les températures inférieures à 1000°C (création de complexes C/Cl) ; le facteur d'inhibition atteint à 800°C est de l'ordre de 40 et le phénomène présente une rémanence lorsque le débit chloré est stoppé. Aux températures supérieures, l'interaction C/Cl est moins efficace et elle est fragilisée par les chocs moléculaires entre la surface carbonée et les molécules gazeuses

L'objectif de cette étude est de développer un modèle de comportement adapté pour reproduire le comportement mécanique de l'élastomère avec l'évolution de la température. Pour réaliser cette étude, un travail expérimental préliminaire est effectué pour mettre en évidence les différents phénomènes mécaniques présents pour le matériau avec l'évolution de la température. Le matériau étudié est un élastomère synthétique fluoro-carboné (FKM), le Viton. Cet élastomère possède d'excellentes performances aux hautes températures et aux agressions chimiques. Ses propriétés sont utilisées pour diverses applications comme l'étanchéité, l'amortissement, l'isolation, etc. La caractérisation mécanique du matériau est réalisée à l'aide des essais classiques de traction et compression ainsi que des essais de relaxation sur une plage de température allant de -40°C à 100°C. Les essais de chargement cyclique mettent en évidence une présence non négligeable de l'hyperélasticité pour les élastomères. Les essais de relaxation nous permettent de décrire la viscosité du matériau. De plus, des essais de chargement interrompus par des relaxations ont aussi été effectués, pour différents taux de déformation avec des temps de relaxations de 900s. Ils font apparaître un équilibre hystérétique démontrant la présence de l'hystérésis pour notre matériau. Dans cette étude, nous avons fait le choix de ne considérer que la plage de température de -8°C à 100°C pour reproduire correctement le comportement du matériau. Le modèle utilisé est une loi de comportement phénoménologique basée sur une décomposition additive des puissances. Le modèle est constitué de trois contributions de contrainte: l'hyperélasticité, la viscosité et l'hystérésis. Ce modèle sera nommé Hyperélasto-Visco-Hystérésis (HVH) où la contribution hyperélastique est prise en compte à l'aide de potentiel phénoménologique de Hart-Smith. La viscosité est décrite à l'aide du modèle de Maxwell généralisé et la contribution hystérétique est prise en compte à l'aide d'un modèle original. Au cours de cette étude nous considérons simplement le premier cycle de chargement de notre matériau. Une méthode d'identification a été mise en place pour permettre de mieux prendre en compte les différentes contributions du modèle. Les identifications des paramètres matériau sont réalisées pour des isothermes comprises dans la plage de température étudiée. La validation du modèle sera dans un premier temps testé à température ambiante sur un cas de chargement industriel d'un joint en relaxation. Pour valider le modèle en fonction de la température nous simulons différents cas de chargement en isotherme. Ensuite, la simulation d'un essai de relaxation en compression subissant des cycles de températures est réalisée pour confronter le modèle à un calcul dépendant de la température
The objective of this study is to develop a model to reproduce the elastomer mechanical behaviour function of the temperature. For this study, preliminary experimental work is performed to highlight the different mechanical phenomena to present the material with changing temperature. The studied material is a fluoro-carbon synthetic elastomer (FKM), Viton. This elastomer has excellent performance at high temperatures and chemical attacks. Its properties are used for various applications such as sealing, damping, isolation, etc. The mechanical characterization of materials is performed using conventional tension, compression and relaxation tests on a range of temperatures from -40°C to 100°C. The cyclic loading tests reveal a significant presence of hyperelasticity for elastomers. The relaxation tests enable us to describe the viscosity of the material. In addition, loading tests interrupted by relaxations have also been carried out for different strain rates with relaxation times of 900s. They show equilibrium hysteresis demonstrating the presence of hysteresis for our material. In this study, we have chosen to consider only the temperature range from -8°C to 100°C to reproduce correctly the material behaviour. The model is a phenomenological constitutive model based on an additive decomposition of powers. The model consists of three stress contributions: hyperelasticity, viscosity and hysteresis. This model will be named Hyperelasto-visco-hysteresis (HVH) where the contribution is taken into account hyperelastic using phenomenological potential of Hart-Smith. The viscosity is described using the generalized Maxwell model and the hysteretic contribution is taken into account using an original model. In this study we consider only the first loading cycle of our material. A method of identification has been established to better take into account the different contributions of the model. The identification of material parameters for isotherms are performed in the range of temperature studied. Validation of the model will be initially tested at room temperature on a loading case of industrial gasket relaxation. To validate the model as a function of temperature we simulate different cases of loading isotherm. Then, the simulation of a relaxation test in compression undergoing temperature cycles is performed to compare the model to calculate temperature dependent

Les aubes de turbine haute pression des turboréacteurs sont des composants soumis à des chargement thermo-mécanique sévères. Ces aubes sont maintenant réalisées en superalliage monocristallin à base nickel car ce matériau possède d'excellentes propriétés à haute température. Le procédé de fabrication de ces aubes monocristalline entraîne des défauts et notamment des pores localisés dans les espaces inter-dendritiques. Sous l'action de sollicitation cyclique, des microfissures se forment sur ces défauts, donnant naissance à une fissure principale pouvant conduire à la rupture de la pièce. L'objet de cette thèse est d'étudier l'amorçage et la micro-propagation de fissure sur défaut. Une étude expérimentale a été menée sur des éprouvettes tubulaires contenant une entaille assimilée à un pore. Nous avons montré que la viscoplasticité et l'activation de l'oxydation induisaient un comportement de type fissure courte. Une analyse numérique par éléments finis sur des maillages d'éprouvettes entaillées a montré l'importance de la plasticité générée par le défaut sur la vitesse de propagation des fissures courtes. Puis nous avons établi un modèle de micro-propagation de fissure permettant d'estimer la vitesse de propagation de fissure s'amorçant sur une entaille. Nous avons opté pour un modèle décrit à l'échelle locale en utilisant les champs de contraintes générées par le défaut. Ce modèle rend compte de la plasticité locale due à l'entaille et de la fragilisation en pointe de fissure par l'oxydation. Le modèle développé ouvre des perspectives prometteuses sur la prédiction de la durée de vie à l'amorçage sur pore de fonderie.

Ce travail porte sur la décomposition thermique de précurseurs de carbonitrure de silicium préparés à partir de silazanes ayant pour unité structurale [SiR1R2NH] avec R1=CH=CH2, R2=H, NH. La pyrolyse a été suivie jusqu'à 1400°C à l'aide de plusieurs techniqques (ATG, IR, RMN, RX, SM) afin d'identifier la nature des volatils et l'évolution de la structure moléculaire. Les réactions de polyaddition des groupements vinyles, d'hydrosylilation et de déshydrogénation conduisent à des polymères fortement réticulés ayant un rendement céramique élevé. La cristallisation lente à 1400°C du carbonitrure s'explique par la présence de tétraèdres mixtes SiCnN4-x et de carbone libre qui freinent la réorganisation structurale. La pyrolyse sous ammoniac montre qu'il y a rupture des liaisons Si-CHx et formation de liaisons Si-N dès 450°C, puis la réactivité du pyrolysat diminue lorsque la minéralisation progresse. Les réactions qui interviennent au-dessus de 1100°C ont été précisées à partir de l'étude thermodynamique des systèmes Si/C/N/O/H et C/N/H. L'étude du comportement à l'oxydation du carbonitrure de silicium a été réalisée en tenant compte de la microtexture. Il se produit tout d'abord une combustion du carbone libre, puis la porosité permet à l'oxygène de réagir avec le carbonitrure. L'importance relative des deux réactions évoluant avec la température, l'oxydation se traduit par la formation d'une couche de silice recouvrante qui bloque la réaction.