Etude par éléments finis des effets thermiques d’un traitement plasma à pression atmosphérique sur un substrat polymère

L'ECAM Rennes est une école d’ingénieurs généralistes située à Bruz à proximité de Rennes. Initiée par quatre ingénieurs visionnaires de l'industrie, cette école porte le nom de "Louis de Broglie", lauréat du prix Nobel de physique en 1929, en reconnaissance de ses standards scientifiques élevés. Les fondateurs, guidés par la devise "La science au service de l'Homme", incarnent leur volonté d'associer une formation humaine robuste au développement de compétences techniques. Le stage se déroule au sein du laboratoire Matériaux et Mécanique à l'ECAM Rennes dont la thématique de recherche se concentre sur les surfaces et interfaces fonctionnellles. 

La thématique de recherche du laboratoire Matériaux et Mécanique de l’ECAM RENNES – Louis de Broglie concerne les surfaces et interfaces fonctionnelles. Le laboratoire travaille notamment sur les procédés de traitements par voie sèche visant à préparer les surfaces des matériaux en vue de favoriser leur adhésion ou non-adhésion pour des procédés industriels. Le laboratoire travaille en particulier sur l'adhérence de revêtements de couches métalliques (cuivre, aluminium) déposés par des procédés par voie sèche sur des substrats polymères (PA, PEEK, composites). Ces dépôts présentent généralement un niveau d’adhérence faible sur les polymères.

Nos recherches ont démontré qu’un traitement par plasma d’air atmosphérique permet de modifier la physicochimie de la surface du substrat, ce qui entraîne une augmentation notable de l’adhérence des dépôts métalliques. Toutefois ce traitement provoque également des effets thermiques dans le polymère, qui peuvent entraîner une fragilisation du substrat, et donc limiter la résistance mécanique de l’assemblage. Ainsi, une analyse des effets thermiques engendrés par le traitement par plasma s'avère nécessaire afin de mieux comprendre ce phénomène de fragilisation du matériau afin de pouvoir l’atténuer.

Dans ce contexte, nous proposons un stage de Master recherche visant à étudier l’apport thermique d'un traitement plasma appliqué sur un substrat polymère. Ce projet nécessitera la réalisation de mesures expérimentales en temps réel de la température à la surface du matériau en cours de traitement. En parallèle, une modélisation dynamique par éléments finis sera effectuée pour déterminer le champ de température à l'intérieur du polymère. Enfin, nous procéderons à une corrélation des données expérimentales avec les résultats issus de la simulation. L'objectif ultime de cette étude est de prédire, grâce à une simulation dynamique par éléments finis, l'évolution du champ de température à la surface et à l'intérieur du matériau au cours du traitement, en se basant sur les paramètres spécifiques du traitement plasma employé.

Le travail du stage comportera les étapes suivantes :

- Bibliographie technique et scientifique couvrant des sujets tels que la modélisation dynamique thermique, les propriétés thermiques des polymères, et l'application du traitement plasma pour améliorer l'adhérence.

- Réalisation des mesures expérimentales (imagerie thermique) de la température de surface d’un matériau polymère thermoplastique au cours d’un traitement plasma à pression atmosphérique.

- Traitement des données expérimentales pour alimenter la simulation par éléments finis.

- Modélisation du problème par éléments finis sur ABAQUS en dynamique, et interprétation des résultats du champ de température/flux thermique à l’intérieur du matériau.

- Corrélation des données expérimentales avec les résultats de simulation.

- Réflexion sur les effets thermiques d’un traitement plasma sur un matériau composite.

L’étudiant disposera de tous les moyens nécessaires aux essais, caméra thermique, de la torche à plasma pour activation des surfaces, logiciel du calcul par éléments finis.Il sera demandé à l’étudiant de synthétiser la bibliographie et les expériences réalisées de sorte à en faire ressortir des pistes pour des intérêts scientifique et industriel.

Niveau : stage Master 2 ou PFE,  profil génie Mécanique, Matériaux ou énérgétique

Compétences en simulation par élements finis (Abaqus)

Compétences expérimentales souhaitables : mesures par caméra thermique, traction