Adhésion, collage, interfaces

Responsable : Opens window for sending emailJulien Jumel (05 40 00 22 96)

comportement aux interfaces, dimensionnement, fiabilité, interphases, mécanismes, physico- et électro-chimie, vieillissement
Figure 1 : Schéma d’un joint collé sous charge.
Figure 2 : Schéma de l’essai ENF (End Notched Flexure)
Figure 3 : Section d’adhésif (particules et porosités).
Figure 4 : Caractérisation de surfaces à coller par mouillage.

L’adhésion est utilisée depuis l’antiquité par la nature (cire d’abeilles, toiles d’araignées, geckos, berniques, etc.) et l’assemblage par collage est de plus en plus employé par l’homme, à la fois dans industrie, dans la médecine et dans d'autres secteurs, compte-tenu de ses nombreux avantages comparés aux méthodes conventionnelles : légèreté, réduction des concentrations de contraintes et son aptitude à assembler des matériaux dissemblables ou des pièces fines. Le domaine est vaste et pluridisciplinaire mais dans le groupe Collage, Adhésion, Assemblages, nous nous intéressons surtout au collage structural, qui connaît un essor dans l’aérospatiale, l’automotive et le génie civil. Malgré le progrès depuis ces dernières années, l’on constate un manque de confiance en cette technique d’assemblage, lié aux difficultés de prévision du comportement sous charges mécaniques et environnementales à moyen et à long terme. Nos recherches tentent de remédier à cette observation. Les approches exploitées pour mieux comprendre les phénomènes fondamentaux gouvernant la durabilité des joints adhésifs sont à la fois expérimentales (conception et utilisation d’essais mécaniques, caractérisation physico-chimiques des adhésifs et des substrats par viscoélasticimétrie et mouillage, vieillissement, etc.) ainsi que théoriques et numériques (mécanique de rupture, analyses de contraintes, dimensionnement). Parmi des travaux récents, on peut citer le développement de techniques extensométriques pour le détermination in situ des proriétés mécaniques des adhésifs au sein des structures collées (Figure 1) et des analyses fines de l’état de contrainte et de la tenacité des joints collés en modes de rupture mixtes (Figure 2). Par exemple, il a été récemment montré que les effets tridimensionnels dans la rupture des joints adhésifs sont loin d'être négligeables. Les problèmes pragmatiques de dimensionnement des joints collés pour les véhicules spatiaux sont en cours. Une cause importante du manque de confiance des industriels est la variabilité entre assemblages censés être identiques, due aux défauts intrinsèques et/ou de mise en oeuvre. Les effets de divers types de défauts (irrégularités d’usinage ou de traitements de surfaces, inclusion dans la colle de bulles d’air ou de produits de réaction, etc.) sont mal compris. Des travaux récents entament cet aspect peu étudié jusqu’à présent (Figure 3). En parallèle à ces études essentiellement destinés à une meilleure fiabilité des structures collées dans le sens industriel, nos intérêts s’étendent aux applications médicales. Une étude récente est visée à l’optimisation du collage des prothèses dentaires. La chimie des surfaces impliquées dans la formation des interfaces collées et les processus de mouillage (surfactants, nanofluides, etc.) constituent des domaines d'intérêt voisins de nos préoccupations (Figure 4).

Publications récentes

  • M. K. Budzik , J. Jumel, M. E. R. Shanahan "4-Point Beam Tensile Test on a Soft Adhesive". Mater. Design, 46, 134-141 (2013).
  • M. K. Budzik , J. Jumel, N. Ben Salem, M. E. R. Shanahan, "Instrumented End Notched Flexure - crack propagation and process zone monitoring Part II: Data reduction and experimental". International Journal of Solids and Structures, 50, 310-319 (2013).
  • J. Jumel, M. K. Budzik, N. Ben Salem, M. E. R. Shanahan, "Instrumented End Notched Flexure - crack propagation and process zone monitoring. Part I: Modeling and analysis". International Journal of Solids and Structures, 50, 297-309 (2013).
  • G. Bresson, J. Jumel, M.E.R. Shanahan, P. Serin, “Statistical Aspects of the Mechanical Behaviour of a Paste Adhesive ”, International J. Adhesion Adhesives, 40, 70–79 (2013).
  • M. K. Budzik, J. Jumel, M.E.R.Shanahan, "Antagonist adhesion effects due to variable substrate surface ". Soft Matter, 8, 8321-8326 (2012).
  • M. K. Budzik, J. Jumel, M. E. R. Shanahan, " Impact of interface heterogeneity on joint fracture". J.Adhesion, 88, 885-902 (2012).
  • M. K. Budzik, J. Jumel, M.E.R. Shanahan " On the Crack Front Curvature in Bonded Joints". Theor. Appl. Frac. Mech., 59 (1), 8-20 (2012).
  • M. K. Budzik, B. Mascaro, J. Jumel, M. Castaings, M.E.R. Shanahan, " Monitoring of Crosslinking of a DGEBA-PAMAM Adhesive using Mechanical and Ultra-Sound Techniques ". International J. Adhesion Adhesives, 35,120–128 (2012).
  • G. Bresson, J. Jumel, M.E.R. Shanahan, P. Serin, " Strength of Adhesively Bonded Joints under Mixed Axial and Shear Loading ". International J. Adhesion Adhesives, 35, 27-35 (2012).
  • M. K. Budzik, B. Mascaro, J. Jumel, M. Castaings, M.E.R. Shanahan, "Monitoring of adhesive bond crosslinking using mechanical and ultrasound techniques". J. Phys.: Conf. Ser., 353, 012006, 1-9 (2012).
  • M. K. Budzik, J. Jumel, M.E.R.Shanahan “Formation and Growth of the Crack in Bonded Joints under Mode I Fracture: Substrate Deflection at Crack Vicinity”. J.Adhesion, 87 (10), 967-988 (2011).
  • M. K. Budzik, J. Jumel, M.E.R. Shanahan, “Process Zone in the Single Cantilever Beam Under Transverse Load: Part II: Experimental”. Theor. Appl. Frac. Mech., 56, 13-21 (2011).
  • J. Jumel, M.K. Budzik, M.E.R. Shanahan, “Process Zone in the Single Cantilever Beam Under Transverse: Part I: Theoretical Analysis”. Theor. Appl. Frac. Mech., 56, 7-12 (2011).
  • J.Jumel, M.K. Budzik, M.E.R.Shanahan, “Beam on Elastic Foundation with Anticlastic Curvature: Application to Analysis of Mode I Fracture. Tests”. Eng. Frac. Mech., 78, 3253-3269 (2011).
  • M. K. Budzik, J. Jumel, M.E.R.Shanahan, “An in situ Technique for the Assessment of Adhesive Properties of a Joint under Load”. Inter J. Fract., 171, 111-124 (2011).
  • S. Chauffaille, J. Jumel, M.E.R.Shanahan, "Elasto-Plastic Analysis of the Single Cantilever Beam Adhesion Test". Eng. Frac. Mech., 78, 2493-2504 (2011).
  • S. Chauffaille, J. Jumel, M.E.R.Shanahan, "Pre-Cracking Behaviour in the Single Cantilever Beam Adhesion Test". Inter J. Fract., 169, 133-144 (2011). [Erratum: 170, 181 (2011).]
  • M. K. Budzik, J. Jumel, M.E.R.Shanahan, "Adhesive Compliance Effect in Mode I Separation: Profilometry Approach". International J. Adhesion Adhesives, 31, 135-145 (2011).
  • M. K. Budzik, J. Jumel, K. Imielińska, M.E.R.Shanahan, "Effect of Adhesive Compliance in the Assessment of Soft Adhesives with the Wedge Test ". J. Adhes. Sci. Technol., 25, 131–149 (2011).
  • S. Chauffaille, O. Devos, J. Jumel, M.E.R.Shanahan, "Liquid Diffusion in Polymeric Adhesives by Electrochemical-Impedance Spectroscopy (EIS)". International J. Adhesion Adhesives, 30, 602-608 (2010).
  • S.Chauffaille, O. Devos, J. Jumel, M.E.R.Shanahan, "Liquid Diffusion in Polymers by Electrochemical-Impedance Spectroscopy (EIS)". Defect Diffusion Forum, 297-301, 239-243 (2010).