Contexte :

Les blindages bicouches associant une face avant céramique et une face arrière ductile (métallique ou composite) sont considérés comme les solutions de protection les plus performantes vis-à-vis des projectiles perforants de petits et moyens calibres. En effet, de par leur dureté et leur résistance à la compression élevées, les céramiques sont à l’origine d’une fragmentation du noyau du projectile réduisant ainsi fortement son pouvoir perforant. Cependant, l’onde de choc générée dans la céramique provoque en quelques microsecondes un endommagement intense caractérisé par l’amorçage et la propagation d’un grand nombre de microfissures orientées. Cette fragmentation affecte la performance du blindage mais aussi sa capacité à résister à un ou plusieurs impacts consécutifs. L’enjeu de la présente thèse est donc de mettre au point des techniques expérimentales pour caractériser :

– la limite élastique d’Hugoniot et le comportement déviatoire sous fort confinement des céramiques,
– la résistance en traction et son comportement mécanique en fonction de la vitesse de chargement.

Objectif de la thèse :

Le sujet de thèse porte sur le développement et la mise au point d’expérimentations dynamiques par impact de plaques sans choc pour la caractérisation du comportement dynamique en compression et en traction par écaillage de céramiques à blindage sur une large plage de vitesses de déformation. Dans le cadre de ce projet, une méthode expérimentale novatrice proposée par le laboratoire 3SR sera développée et mise en oeuvre. Cette technique expérimentale est basée sur l’utilisation de plaques tampons accolées à la cible présentant un microrelief ou un gradient de propriétés ce qui permet un lissage du front d’onde généré dans la cible.
La machine GEPI du CEA-Gramat est utilisée pour caractériser le comportement des matériaux fragiles en compression dynamique et par écaillage grâce à la génération d’un pulse quasi-sinusoïdal d’une durée de 1 μs. La durée de cette onde mécanique transmise à l’échantillon est liée à la technologie de la machine GEPI. En faisant varier la rampe de chargement dans l’échantillon de céramique, la technique d’impact de plaque sans choc permettra de valider et de compléter les résultats obtenus sur GEPI.
Les données expérimentales recueillies permettront de mieux caractériser les mécanismes d’endommagement générés dans les matériaux céramiques et de valider ou d’enrichir les modélisations existantes.

Déroulement de la thèse :

L’étudiant(e) de thèse travaillera à la mise en place et au développement des techniques d’impact de plaques au laboratoire 3S-R. Il s’appuiera pour cela sur des simulations numériques réalisées grâce au code de calcul développé au CEA. Il conduira également des campagnes d’essais de compression dynamique et d’écaillage sur le générateur GEPI du CEA-Gramat.
La thèse se déroulera pour partie à Grenoble au sein du L3S-R et pour partie à Gramat au CEA.

Directeur de thèse et école doctorale :

Prof. Pascal FORQUIN, Laboratoire 3SR (Sols, Solides, Structures, Risques), Grenoble Ecole doctorale I-MEP2, Ingénierie – Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production.

Contact :

Benjamin Erzar & Jean-Luc Zinszner – CEA/Gramat – BP 80200 – 46500 Gramat – 05 65 10 54 32