Hanadi BREISS : Composites chargés en fibres longues de carbone pour l'absorption en basses fréquences

Thèse débutée en decembre 2018

Directeurs de thèse : Ala Sharaiha, Ratiba Benzerga

Résumé : Le but de cette thèse est l’élaboration de nouveaux absorbants pour la protection contre les ondes électromagnétiques (EM) dans la gamme basse des hyperfréquences. Aujourd’hui, plusieurs formes d’absorbants à base d’une mousse polyuréthane et de poudre très fine de carbone, sont utilisées dans les chambres anéchoiques. Ces matériaux sont, d’une part, pointés du doigt par les normes REACH à cause de leur composition à base de nanoparticules de carbone, mais d’autre part, souffrent de leur souplesse qui limite leur usinage en formes complexes, qui peuvent améliorer leur performance d’absorption. De plus, afin d’assurer un niveau d’absorption efficace en basses fréquences, ces absorbants commerciaux doivent présenter des dimensions élevées ; l’idée serait donc de réduire la compacité de ces absorbants en utilisant une nouvelle composition.

Nos travaux antérieurs ont montré le potentiel d’absorption d’une composition innovante, associant une mousse époxy rigide et des fibres longues (7μm de diamètre et 3 mm de long) de carbone. Le facteur de forme (rapport entre longueur et diamètre) important des fibres, contrairement aux particules sphériques, procure au composite des pertes diélectriques importantes tout en gardant une permittivité faible (grâce au faible pourcentage de fibres de carbone utilisé). Ce composite a été exploité pour réaliser des absorbants pyramidaux et a montré des performances comparables, voire meilleures pour certaines fréquences, que celles des matériaux du commerce [1, 2].

L’objectif de cette thèse est d’optimiser les performances d’absorption de ce nouveau matériau pour des fréquences inférieures à 2 GHz. Pour cela, de nouveaux composites à base de mousse époxy chargée avec différents pourcentages de fibres très longues de carbone (de 6 à 12 mm) sont étudiés [3]. De nouvelles techniques de dispersiondes fibresdans le composite, par une sonde à ultrasons ou par des dispersants chimiques, sont utilisées afin d’assurer l’homogénéité des matériaux obtenus [4]. Ces composites, sont associés à différentes formes d’absorbants électromagnétiques qui pourrons être envisagés pour différents domaines d’applications.

[1] Chloé Méjean, Élaboration de nouveaux matériaux absorbants : application en chambres anéchoïques, thèse de l’Université de Rennes 1, soutenue le 26/10/2017

[2] C. Méjean, L. Pometcu, R. Benzerga, A. Sharaiha, C. Le Paven-Thivet, M. Badard, P. Pouliguen, Electromagnetic absorber composite made of carbon fibers loaded epoxy foam for anechoic chamber application, Materials Science and Engineering B, Volume 220 (2017) pp 59–65, DOI: https://doi.org/10.1016/j.mseb.2017.03.009

[3] H. Breiss , A. El Assal , R. Benzerga, C. Méjean and A. Sharaiha, Long Carbon Fibers for Microwave Absorption: Effect of Fiber Length on Absorption Frequency Band, Micromachines Vol.11, n°1081 (2020) pp. 1-18; doi:10.3390/mi11121081

[4] R. Benzerga,  M. Badard,  C. Méjean, A. El Assal, C. Le Paven, A. Sharaiha, Carbon fibers loaded composites for microwave absorbing application: effect of fiber length and dispersion process on dielectric properties, Journal of Electronic Materials,  Vol. 49, n° 5(2020).  DOI : 10.1007/s11664-020-07998-y