Caractérisation de l'effet du vieillissement en milieu aqueux sur les propriétés mécaniques de composites à matrice élastomère.

Présents depuis plusieurs années dans le domaine automobile,les matériaux composites à matrice élastomère ont récemment fait leur apparition dans le domaine aquatique, pour des barrages gonflables et d'autres applications innovantes. Ces matériaux composites sont généralement constitués d'une matrice caoutchouc et d'un renfort en fibres synthétiques. L'utilisation des élastomères en milieu aquatique n'est pas nouvelle, des recherches sur ces matériaux ont été réalisées depuis près d'un siècle. Cependant, la question de la durée de vie dans un milieu aquatique d'un composite à matrice élastomère reste à être étudiée. Ce mémoire présente une étude sur le vieillissement des matériaux composites à matrices élastomères menée dans le cadre d'un projet de recherche en collaboration avec Alstom et Hydro-Québec. En effet, le choix de tels matériaux nécessite de connaître leur comportement dans un environnement aqueux pendant plusieurs années. L'objectif de cette étude est donc d'identifier des composites à matrice élastomère potentiellement utilisables sous l'eau pendant de longues périodes. Différentes plaques composites à base de matrices d'éthylène-propylène-diène monomère (EPDM), silicone, EPDM/silicone et polychloroprène (Néoprène), renforcées par un tissu en fibres de verre E, ont été étudiées. La tenue sous l'eau de ces assemblages a été évaluée par le biais d'essais de vieillissements accélérés. Pour ce faire, les plaques composites ont été immergées dans un bain à 85 °C pour des durées variant de 14 à 365 jours. Ces matériaux ont aussi été vieillis pendant 1 an dans l'eau à température ambiante (21 °C) afin de servir de base comparative pour le vieillissement accéléré. Suite au vieillissement à 85 °C, les plaques composites ont été évaluées à travers une série d'essais mécaniques et physiques. L'analyse au microscope électronique à balayage (MEB) a permis d'observer l'état d'adhésion à l'interface fibre-matrice. La mesure du taux d'absorption d'eau a permis de quantifier l'eau absorbée pendant l'immersion. Finalement, l'évolution des propriétés mécaniques en traction a donné lieu à la détermination du module d'élasticité (E) et la contrainte ultime (σu) de chaque matériau. Cette analyse expérimentale a permis d'identifier la qualité de l'interface fibre-matrice comme le facteur prépondérant contrôlant à la fois les propriétés mécaniques et la durabilité du matériau sous l'eau. Aussi, il a été constaté que cette adhésion pouvait être améliorée en utilisant un agent de couplage adéquat. Les composites à matrice silicone avec renforts traités en sont un bon exemple. De plus, au cours du vieillissement accéléré, il a été mis en évidence que l'interface fibre matrice pouvait aussi être un lieu de fortes contraintes en raison du gonflement différentiel.