Ce travail de thèse s’inscrit dans le contexte récent de recherche de procédés avancés de texturation de surface dans le but de favoriser l'adhérence aux revêtements et aux adhésifs des matériaux composites à matrice thermoplastique haute performance de la famille PAEK, notamment pour des applications à haute valeur ajoutée telles que l’aéronautique. Pour répondre à la demande croissante de maîtrise des états de surface avant collage, l'intérêt est spécifiquement porté sur le procédé robotisé de texturation par Jet d’Eau Abrasif (JEA) qui combine un jet d’eau et un flux de particules abrasives de haute énergie. Cette technique permet de modifier la topographie des surfaces ductiles de manière entièrement automatisée, contrôlée et sans altérer les propriétés mécaniques des substrats, mais n’avait jusqu’à présent que très peu été exploitée pour la préparation des pièces composites avant collage, et encore moins dans le cas des composites à matrice thermoplastique. Ainsi, l’étude vise à comprendre comment caractériser, modéliser et optimiser les textures générées par JEA, sans chercher à retirer de la matière, afin d’améliorer les performances adhésives des composites thermoplastiques. Pour ce faire, le concept de couverture surfacique d'impacts, emprunté au grenaillage des métaux et jusqu'alors inexploité en JEA, a été introduit et adapté aux paramètres standards du procédé à travers la mesure du nombre et de la géométrie des cratères issus des impacts de particules abrasives. Les propriétés topographiques et morphologiques des surfaces thermoplastiques texturées par JEA ont ensuite été analysées sous le prisme de ce nouvel indicateur, dont il a pu être montré qu'il constitue un complément intéressant et structurant aux paramètres standards de rugosité. En outre, une modélisation des volumes de matière indentée par les particules abrasives est proposée à partir des vitesses d'impact calculées via un modèle d'accélération de la littérature renforcé de travaux originaux sur l'influence de la distance de tir. Enfin, la dernière partie du travail évalue l'effet d'une gamme variée de textures JEA sur les performances adhésives des substrats composites, tant pour l’adhérence de peintures aéronautiques que pour le collage structural, ce qui a permis de valider la pertinence de ce procédé de préparation de surface face à ses concurrents directs. |
This doctoral research is situated within the recent drive to develop advanced surface texturing processes aimed at enhancing the adhesion of coatings and adhesives to high-performance thermoplastic matrix composites of the PAEK family, particularly for high-value applications such as aerospace. In response to the growing demand for precise control of surface conditions prior to bonding, this work specifically focuses on the robot-assisted Abrasive Water Jet (AWJ) texturing process, which combines a high-energy water jet and stream of abrasive particles. This technique enables fully automated and controlled modification of ductile surface topography without altering the mechanical properties of the substrates. However, it has been rarely applied to the preparation of composite parts for bonding, and even less so to thermoplastic matrix composites. The aim of this study is to understand how to characterize, model, and optimize the textures generated with AWJ without material removal in order to improve the adhesive performance of thermoplastic composites. To achieve this, the concept of surface impact coverage, borrowed from metal shot-peening and previously unused in AWJ, was introduced and adapted to standard process parameters by measuring the number and geometry of craters formed by abrasive particle impacts. The topographical and morphological properties of thermoplastic surfaces textured with AWJ were then analysed using this new indicator, which proved to be a valuable and complementary addition to standard roughness parameters. Furthermore, a model for the volume of material indented by abrasive particles is proposed, based on impact velocities calculated using an acceleration model from the literature, enhanced with original work on the influence of the stand-off distance. Finally, the last part of the thesis assesses the effect of a wide range of AWJ-generated textures on the adhesive performance of composite substrates, for both aerospace paint adhesion and structural bonding. This comprehensive evaluation validates the relevance of this surface preparation method compared to its direct competitors. |