Encadrement

• Directeur : B. Cochelin
• Co-encadrant : S. Bourgeois
• Co-encadrant : F. Guinot (Thales Alenia Space)
• Organisme rémunérant : Bourse CIFRE Thales Alenia Space

Jury

• Directeur de these : Bruno COCHELIN Centrale Marseille / LMA
• CoDirecteur de these : Stéphane BOURGEOIS Centrale Marseille / LMA
• Rapporteur : Patrice CARTRAUD Centrale Nantes
• Rapporteur : Benoît ROMAN ESPCI Paris
• Examinateur : Olivier BRÜLS Université de Liège
• Examinateur : Christian HOCHARD Aix-Marseille Université / LMA
• Examinateur : Michel POTIER-FERRY Université de Lorraine

Résumé

Les besoins en structures spatiales de grande envergure augmentent plus rapidement que l’espace de stockage disponible dans la coiffe des lanceurs. Le recours à des systèmes de déploiement permet de répondre à cette problématique et de nombreuses solutions technologiques ont alors été développées. Les ingénieurs de Thales Alenia Space s’intéressent à l’utilisation des mètres rubans comme dispositif de déploiement car ils sont légers, compacts, se déploient de manière autonome et ont une capacité d’auto-blocage en position déployée. Ces structures élancées de forme cylindrique présentent cependant un comportement complexe faisant intervenir la formation de plis localisés. La modélisation de ces structures est donc difficile : plusieurs thèses réalisées au Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique ont cependant permis de développer des modèles de poutre à section flexible caractérisant le comportement des rubans. Les travaux réalisés au cours de cette thèse consistent à développer des outils numériques d’aide au dimensionnement de structures déployées par des rubans. Un modèle de poutre à section flexible adimensionné dédié aux rubans peu profonds est tout d’abord introduit et son analyse met en évidence des liens avec le modèle de barre d’Ericksen régularisé. Ces liens permettent d’expliquer la formation de plis le long du ruban ainsi que la caractérisation des trois zones constitutives d’un pli. L’étude du modèle adimensionné conduit à déterminer de façon analytique le nombre et la position des points de bifurcation des branches de solution obtenues pour un essai de flexion pure d’un ruban. Un enrichissement de la cinématique de section est intégré dans les modèles de poutre à section flexible. Les simulations d’essais de flexion de ruban montrent alors une bonne corrélation avec les résultats donnés par des modèles de coque. Une nouvelle formulation des modèles de poutre à section flexible est implémentée et est basée sur l’introduction de matrices de transformation conduisant au développement de deux outils numériques : un code de calcul par éléments finis complet et un élément à deux noeuds intégré dans un code commercial. Le premier outil est entièrement modifiable et permet de tester rapidement de nouvelles hypothèses ou de nouvelles méthodes de résolution. Le second est plus adapté à une utilisation industrielle puisqu’il enrichit la bibliothèque d’éléments du logiciel, permettant de dimensionner des structures complètes. Des essais de flexion réalisés sur des rubans composites viennent compléter ces travaux afin de confronter les simulations numériques à des essais réels. Bien que des écarts soient observés, le comportement global du ruban est bien retranscrit par les modèles de poutre à section flexible.