Caractérisation et modélisation du comportement à l'oxydation de composites C/C de col de tuyère de densité variable

Abstract

L'environnement concurrentiel du secteur de l’aérospatial dans lequel évolue l’entreprise ArianeGroup SAS l'amène à constamment améliorer ses générations de matériaux et à perfectionner la maîtrise de leur comportement dans des environnements spécifiques. Les composites Carbone/Carbone (C/C), aujourd’hui largement utilisés comme pièces de col de tuyère de moteur à propergol solide, présentent des dépôts de matrice PyC graduels dans l’épaisseur du col : caractéristiques morphologiques singulières dues aux procédés de fabrication et d’usinage. Il existe ainsi au sein de ces matériaux des zones moins denses - donc poreuses - dans lesquelles les flux de masse et de chaleur responsables du recul de paroi peuvent être notablement différents de ceux habituellement rencontrés et connus dans les zones denses en surface de la pièce. Le présent projet cherche à apporter une meilleure compréhension des phénomènes physico-chimiques intervenant au sein de ces matériaux poreux. D’une part, les évolutions des cinétiques, des morphologies et des topologies ont pu être appréhendées en fonction de la porosité à travers des essais d’oxydation sur des C/C présentant des taux de matrice variables, et par des méthodes de caractérisation variées et complémentaires. D’autre part, le comportement à l’oxydation en présence de gradients de matrice a pu être décrit via des modélisations multi-échelles du matériau adaptées et validées en s'appuyant sur les résultats expérimentaux. L’objectif à long terme est de pouvoir disposer d'un outil d’aide au dimensionnement des pièces en C/C à partir de leurs caractéristiques architecturales et cinétiques.