Avis de soutenance - M. Gianluca Auteri

M. Gianluca Auteri

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

« Étude du comportement en fatigue de composites à câbles textiles–élastomère »

Sous la direction de M. Damien Durville et le co-encadrement de M. Jan Neggers

La soutenance aura lieu le

Lundi 30 mars 2026 à 14h00

à

\u-10179 ?\u-9011 ?CentraleSupelec, 9 Rue Joliot Curie, 91190 Gif-sur-Yvette, Bâtiment Bouygues
Salle : e.070 (théâtre Rousseau)

\u-10179 ?\u-8942 ? Pour des raisons de confidentialité, l’accès à la salle est conditionné à la signature, sur place, d’un engagement de confidentialité.

Composition du jury :

M. Eric MAIRE : Directeur de recherche, Laboratoire MatéIS - INSA Lyon. Rapporteur
Mme Emmanuelle VIDAL-SALLÉ : Professeure des universités, Laboratoire LaMCoS - INSA Lyon. Rapporteure
M. Peter DAVIES : Ingénieur de recherche, Ifremer. Examinateur
M. Valter CARVELLI : Professeur des universités, Dipartimento di Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente Costruito - Politecnico di Milano. Examinateur
M. Simon NUYTTEN : Ingénieur de recherche, MFP Michelin. Examinateur
M. Florent BOUILLON : Ingénieur de recherche, SAFRAN GROUP. Examinateur

Résumé :

Les composites câbles textiles–élastomère constituent des composants structuraux essentiels dans les pneumatiques et de nombreux produits élastomères, où ils assurent une combinaison de résistance et flexibilité sous des sollicitations complexes en service. Leur comportement en fatigue reste difficile à caractériser en raison du couplage fort entre les phénomènes à différentes échelles, impliquant les filaments individuels, l’architecture des câbles, les interfaces adhésives et la matrice élastomère environnante. Dans les applications pneumatiques, les câbles textiles sont soumis à des sollicitations cycliques alternant compression et tension, ce qui peut déclencher divers mécanismes d’endommagement tels que la rupture des filaments, la fissuration de l’élastomère et la dégradation des interfaces. Comprendre comment ces mécanismes interagissent entre eux lors de la dégradation due à la fatigue est essentiel pour concevoir des structures élastomères renforcées plus résistantes à la fatigue. Cette thèse de doctorat, réalisée en collaboration avec Michelin, étudie le comportement en fatigue des composites câbles textiles–élastomère sous des conditions de sollicitation cyclique représentatives des chargements en usage courant. Une approche multi-échelle est développée afin de relier les déformations locales et les mécanismes d’endommagement aux échelles des filaments et des câbles à la réponse macroscopique des structures composites et des pneumatiques. La réponse mécanique des câbles textiles intégrés dans une matrice élastomère est analysée à l’aide d’un modèle éléments finis à l’échelle du filament, Multifil, qui prend en compte l’architecture des câbles, les interactions de contact–frottement et la géométrie induite par la fabrication. Cette approche permet d'étudier des mécanismes de déformation qui sont difficiles à capter avec des modèles homogénéisés. En particulier, le comportement en compression des câbles est examiné, conduisant à la première caractérisation du flambage hélicoïdal dans des câbles textiles multi-filaments intégrés dans le caoutchouc. La combinaison de la tomographie X in situ et de la modélisation numérique révèle la déformation tridimensionnelle des câbles sous compression et permet de quantifier l’influence de la rigidité de la matrice et de la torsion des câbles sur l’amplitude du flambage et la redistribution des charges. Le rôle de la couche adhésive entourant les câbles textiles est également étudié, car elle contrôle le transfert de contraintes et l’initiation des endommagements. Une stratégie de modélisation dédiée est proposée pour représenter la contribution mécanique de la couche adhésive sans résoudre explicitement les détails à l’échelle microscopique. L’approche est validée par des essais de flexion expérimentaux et met en évidence l’effet rigidifiant de l’adhésif ainsi que son influence sur la dissipation par frottement et les mécanismes de déformation internes. Pour relier ces mécanismes locaux au comportement en fatigue dans des conditions réalistes, un essai de fatigue de laboratoire, appelé test Extension–Compression–Uniaxial (ECU), a été développé. Ce dispositif permet un contrôle indépendant des déformations en tension et en compression ainsi que de la température, rendant possible la dissociation de leurs effets respectifs sur la dégradation en fatigue. Le test ECU permet d’étudier de manière systématique un large éventail de paramètres, notamment l’architecture des câbles, la nature des filaments et les matrices élastomères, dans des conditions contrôlées et reproductibles. Les mesures mécaniques, combinées à l’observation par tomographie et microscopie, fournissent des informations sur les mécanismes d’endommagement, permettent de suivre leur évolution avec la fatigue et autorisent une comparaison directe avec les endommagements observés dans les pneumatiques.

Abstract :

Textile cord-elastomer composites are essential structural elements in pneumatic tires and numerous elastomeric products, where they provide a combination of strength and flexibility under complex service loading conditions. Their fatigue behavior is difficult to characterize due to the coupling of multiscale phenomena between individual filaments, cord architecture, adhesive interfaces, and the surrounding matrix. Applications in tires impose cyclic loading involving both compression and tension on textile cords, which can activate different damage modes related to filament rupture, elastomer cracking, and interface degradation. Understanding how these mechanisms interact with each other during fatigue degradation is crucial for designing more fatigue-resistant reinforced elastomeric structures. This PhD thesis, carried out in collaboration with Michelin, investigates the fatigue behavior of textile cord–elastomer composites under service-representative cyclic loading conditions. A multiscale approach is developed to relate local deformation and damage mechanisms at the filament and cord scales to the macroscopic response of composite structures and tires. The mechanical response of textile cords embedded in an elastomer matrix is analyzed using a filament-scale finite element framework, Multifil, that accounts for cord architecture, frictional contact interactions and manufacturing induced geometry. This approach enables the investigation of deformation mechanisms that are challenging to capture with homogenized models. In particular, the compressive behavior of cords is examined, leading to the first characterization of helical buckling in multi-filament textile cords embedded in rubber. Combining in situ X-ray tomography and numerical modeling, the three-dimensional deformation of cords under compression is revealed, and the influence of matrix stiffness and cord twist on buckling amplitude and load redistribution is quantified. The role of the adhesive coating surrounding textile cords is also investigated, as it governs stress transfer and damage initiation. A dedicated modeling strategy is proposed to represent the mechanical contribution of the adhesive layer without explicitly resolving microscale details. The approach is validated against experimental bending tests and highlights the stiffening effect of the adhesive as well as its influence on frictional dissipation and internal deformation mechanisms. To link these local mechanisms to fatigue behavior under realistic conditions, a dedicated laboratory fatigue test, the Extension–Compression–Uniaxial (ECU) test, has been developed. This setup enables independent control of tensile and compressive strains and temperature, allowing for the decoupling of the respective effects on fatigue degradation. The ECU test allows systematic investigation of a wide range of parameters, including cord architecture, filament nature, and elastomer matrices, under controlled and repeatable conditions. Mechanical measurements combined with tomography and microscopy observations provide insight into damage mechanisms, follow their fatigue evolution and allow direct comparison with damage observed in tires.