Développement expérimental et modélisation des propriétés de transferts de membranes élastomères soumises à des sollicitations multiaxiales

Contexte économique et industriel

Dans l’industrie nucléaire, où les exigences de fiabilité et de durabilité sont absolues, les élastomères en silicone jouent un rôle essentiel. Ces matériaux polyvalents assurent l’étanchéité dans des environnements extrêmes, grâce à leur capacité à résister à des températures allant jusqu’à 300 °C, tout en conservant une souplesse inégalée. Leur stabilité chimique leur permet de faire face à des environnements corrosifs, tandis que leur élasticité garantit une étanchéité constante, même sous des pressions intenses. Cependant, malgré leurs atouts, leur durabilité reste mise à l’épreuve par les conditions extrêmes des centrales nucléaires.

L’effet combiné des radiations, des variations thermiques cycliques et des contraintes mécaniques constantes peut altérer les propriétés des élastomères. Sous irradiation, leurs liaisons moléculaires se dégradent, entraînant des fissures ou un durcissement qui affecte leur performance. Une compression prolongée sous contrainte ou l’exposition à certains fluides agressifs, comme les huiles ou solvants spécifiques, exacerbe encore cette usure. Ces limitations techniques imposent des coûts élevés de maintenance et de remplacement, qui impactent directement la rentabilité des centrales.

Dans ce contexte, améliorer la durabilité des élastomères devient un enjeu stratégique. Des joints plus performants permettent de limiter les remplacements fréquents, réduisant ainsi les cycles de maintenance et les interruptions coûteuses des réacteurs.

Positionnement du projet de recherche

Le projet de recherche se positionne au sein des équipes GEOM et COREFOU du laboratoire LaMcube. Il vise à explorer les propriétés mécaniques et les performances d’étanchéité de membranes élastomères lorsqu'elles sont soumises à des sollicitations de gonflement, dans des applications nécessitant une haute fiabilité d’étanchéité, telles que les systèmes de confinement de fluides sous pression, les joints d’étanchéité dans les centrales nucléaires, etc.

Dans cette étude, les membranes (silicones) seront soumises à des essais de gonflement pour reproduire des conditions de sollicitation multiaxiale, permettant de caractériser leur réponse mécanique et leur capacité d’étanchéité face aux pressions internes variées. Un regard sera porté sur les conséquences d’un vieillissement thermique sur la durabilité du matériau.

Ces essais de gonflement permettront d'évaluer les performances mécaniques ainsi que l’étanchéité en condition de surpression interne. Une attention particulière sera portée à l’effet des cycles de gonflement sur la formation de microfissures et la dégradation de l’étanchéité. L’étude combinera des tests expérimentaux de résistance et d’étanchéité, ainsi qu'une modélisation numérique pour simuler le comportement mécanique et la perméabilité des membranes sous ces sollicitations.

Enfin, cette modélisation servira à prédire la durabilité des membranes en fonction de différents paramètres (épaisseur, matériau, taux de fibres de renforts, pression interne) et à optimiser leur design pour des performances d’étanchéité fiables, même sous contraintes élevées.

Macro-planning

• S1 : Bibliographie – formation sur moyens expérimentaux – lancement de la campagne de vieillissement thermique ;

• S2 / S3 : caractérisation mécanique du comportement des membranes et corrélation avec les propriétés de transferts ;

• S4 / S5 : optimisation des matériaux étudiés par l’utilisation de nouvelle résine / additifs / renforts ;

• S6 : Analyse et rédaction.

Le projet de recherche se positionne au sein des équipes GEOM et COREFOU du laboratoire LaMcube.

Equipe d'encadrement :

• Pr. Jean-Baptiste Colliat (Professeur des universités – Directeur de thèse – Université de Lille)

• Dr. Annie Morch (Maître de conférences – Co-encadrante de thèse – Centrale Lille Institut)

• Dr. Pauline Lecomte-Grosbras (Maître de conférences – Co-encadrante de thèse – Centrale Lille Institut)

• Dr. Nicolas Gay (Chercheur – Co-encadrant de thèse – Centrale Lille Institut)

Compétences recherchées et attentes

• Autonomie, excellente connaissance des matériaux, programmation python, mécanique des milieux continus, appétence à travailler sur de l’expérimental.

• Diplôme requis : Bac+5 - matériaux, sciences de l’ingénieur, mécanique

• Lieu de travail : Laboratoire LaMcube – Cité scientifique à Villeneuve d’Ascq. Zone à Régime Restrictif, nécessitant une enquête préalable.

• Salaire : CDD 36 Mois - Université de Lille (environ 2 200 € brut / mois)