Généralités sur les élastomères

Dans ce chapitre, nous présentons quelques généralités nécessaires pour la com- préhension des chapitres suivants. Nous rappelons dans un premier temps les problé- matiques industrielles visées que nous illustrons par trois exemples d’applications développées par les partenaires du projet FEMEM et nous énonçons succinctement les enjeux scientifiques associés à ces problématiques. Ces enjeux font apparaître la nécessité de mettre en place une approche multi-échelle pour aborder le problème du vieillissement et de la fatigue. Nous détaillons par la suite les différents constituants intervenant dans la composition chimique d’un élastomère, puis la microstructure de ces matériaux dont la compréhension est vitale pour l’étude des mécanismes de dégradation et d’endommagement par fatigue. Nous rappelons ensuite les caractéris- tiques mécaniques mésoscopiques majeures ainsi que les approches de modélisation rencontrées dans la littérature et montrons que ces propriétés sont reliées à la mi- crostructure des matériaux. Ces différentes généralités sur les élastomères servent finalement à introduire la démarche générale adoptée dans cette étude et présentée dans la conclusion de ce chapitre.Dans cette section, nous présentons tout d’abord quelques exemples des problé- matiques industrielles actuelles représentatives des applications développées par les partenaires industriels du projet FEMEM ainsi que le contexte scientifique dans lequel elles s’inscrivent.

Joint d’étanchéité des bassins de radoub

Dans le secteur portuaire, les élastomères sont utilisés, par exemple, pour assurer l’étanchéité des portes de bassin de radoub (figure 1.1). Un radoub est un bassin permettant l’accueil et la mise au sec de navires (ou de sous-marins) pour leur construction, leur entretien, leur carénage, voire leur démantèlement. Le radoub est constitué du radier, des bajoyers et d’un bateau-porte. Le radier, i.e. le fond du bassin, est le plus souvent plan et permet le positionnement des tins supportant le navire à accueillir ainsi que la circulation du personnel et des engins. Les bajoyers constituent les murs du bassin. Enfin, la porte, ou bateau-porte, ferme le bassin. Elle s’appuie sur des parois verticales à l’extrémité des bajoyers et du radier constituants les buscs d’appui de la porte. Lorsque l’on souhaite mettre un bateau en cale sèche, on vient positionner le bateau-porte en face des buscs, on le coule grâce à un système de ballastage puis on vide le bassin. La différence de pression entre le bassin et la mer est suffisante pour plaquer la porte contre les buscs. L’étanchéité du bassin est assurée par des joints en élastomère positionnés sur le pourtour du bateau-porte (figure 1.1-b). Ce sont précisément ces pièces en élastomères qui nous intéressent ici. Les figures 1.1-c et 1.1-e montrent l’état de ces joints au moment de leur mise en service et 3 ans plus tard. On constate une dégradation avancée après seulement 3 ans d’utilisation alors que la durée de vie estimée devait être de 20 ans. Cette dégradation est liée à un effet conjoint d’une mauvaise conception du système de fixation et d’une mauvaise prise en compte des effets de l’environnement marin sur l’évolution des propriétés mécaniques. Cette dégradation précoce peut bien évidemment avoir des conséquences sur la sécurité des personnels et des engins d’intervention en cas de défaillance, mais peut également avoir un impact financier non négligeable pour la société d’exploitation (ici DCNS) puisque le prix de ce type de structure avoisine les 1000 e/m. Pour l’exemple proposé sur la figure 1.1, la taille du joint utilisé est de 100 m. Par conséquent, le prix du système d’étanchéité, constitué de deux joints (figures 1.1c et 1.1e), est de l’ordre de 200 ke.

Les élastomères sont très présents dans l’industrie offshore. Ils occupent bien évidemment une place de choix dans la conception même des plates-formes (amor- tisseurs limitant l’impact des mouvements et des chocs auxquels la structure est soumise en mer par exemple) et sont aussi utilisés dans la construction des pipelines servant au transport du pétrole depuis les puits de stockage jusqu’aux tankers. La figure 1.2 propose un exemple de terminal offshore présentant deux types de pipelines contenant des élastomères : les pipelines flottants reliant la bouée de localisation (bouée CALM : Catenary Anchor Leg Mooring) au tanker (figure 1.3) et les pipelines entièrement immergés reliant la bouée CALM au PLEM (Pipe Line End Manifold). Notons qu’il existe d’autres configurations, mais toutes font intervenir ces deux types de pipelines.