Investigation of the Piezoelectric Functionalization Potential of Aeronautical Composite Parts

Investigation du potentiel de Fonctionnalisation Piézoélectrique de pièces Aéronautiques Composites Cette thèse porte sur l'intégration de matériaux piézoélectriques dans des structures composites renforcées de fibres longues afin de développer des composites intelligents dotés de fonctionnalités avancées pour des applications aéronautiques et spatiales. La recherche vise à améliorer la surveillance de l’intégrité structurelle (SHM) et les capacités de récupération d'énergie grâce aux propriétés des matériaux piézoélectriques pour la détection, l'actionnement et la récupération d'énergie. L'étude couvre de manière exhaustive la sélection des matériaux, les processus de fabrication, la caractérisation expérimentale de ces composites multifonctionnels et l'exploration de leurs applications potentielles. La motivation provient de la transition de l'industrie aéronautique vers des matériaux composites tels que les polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC) pour leurs propriétés mécaniques spécifiques supérieures et leur rentabilité. Malgré ces avantages, les composites sont susceptibles d'être endommagés par des défauts de fabrication et des conditions d'exploitation ou de service, ce qui nécessite des techniques de surveillance innovantes. L'introduction de méthodes de contrôle non destructif (CND) a amélioré la détection des défauts, mais ces techniques ont des limites, ce qui incite à explorer des stratégies SHM. Cette thèse contribue au domaine en développant en validant des structures composites intelligentes incorporant du fluorure de polyvinylidène (PVDF) comme matériau piézoélectrique. La recherche démontre l'intégration réussie du PVDF avec un impact minimal sur l'intégrité mécanique des structures composites. La plage d’utilisation de ces composites intelligents avec des performances thermoélectromécaniques stables, ce qui est crucial pour les applications pratiques en SHM et en récupération d'énergie à également été déterminée. Le potentiel des fibres naturelles dans les structures aérospatiales secondaires est également exploré, en soulignant leurs avantages fonctionnels malgré leurs propriétés mécaniques inférieures à celles des fibres de carbone. Les applications avancées de ces composites intelligents sont étudiées, notamment leurs capacités de récupération d'énergie et leurs performances SHM dans des conditions de charge dynamique. Des analyses empiriques et numériques confirment l'efficacité des capteurs PVDF intégrés dans la détection des anomalies structurelles, offrant ainsi une solution potentielle durable pour les systèmes SHM autonomes. Une étude de cas utilisant des techniques d'apprentissage automatique pour la détection et l'identification des défauts démontre en outre le potentiel de ces composites intelligents dans l'amélioration de la fiabilité et de la performance des systèmes SHM via une approche de détection in situ. Par conséquent, cette thèse établit une base solide pour le développement de composites intelligents avec des capteurs piézoélectriques intégrés, mettant en évidence leur potentiel de transformation pour améliorer la sécurité, l'efficacité et la durabilité des aérostructures modernes. Les résultats ouvrent la voie à de futures recherches sur l'optimisation des dimensions et du positionnement des éléments actifs, l'évaluation de la durabilité à long terme et l'amélioration des systèmes SHM grâce à des réseaux de capteurs distribués et à des capacités de transmission de données sans fil.