Anas AIT TALAOUL de l'institut

Sujet de thèse

Durabilité de composites stratifiés non-tissés à renfort hybride lin-verre : étude expérimentale et modélisation numérique

Résumé :

Description de la problématique de recherche : L’utilisation des matériaux composites à matrice polymère renforcée par des fibres végétales se développe dans de nombreux secteurs tels que l’automobile, la plasturgie et la construction. Cet intérêt grandissant envers ces matériaux est motivé par leurs propriétés mécaniques spécifiques intéressantes et leur empreinte environnementale limitée, en comparaison avec les composites à fibres usuelles (verre, carbone). Parmi les composites à fibres végétales les plus prometteurs de cette dernière décennie, nous citons les stratifiés à fibres de lin, notamment les non-tissés comme ceux développés et commercialisés par l’entreprise Eco-Technilin. Malgré leurs avantages, les composites à fibres végétales restent très sensibles aux contraintes environnementales, en particulier l’humidité relative et la température ambiante, à cause du caractère fortement hydrophile des fibres végétales. Par conséquent, une des voies possibles pour réduire cette sensibilité est l’hybridation des fibres végétales avec des fibres usuelles comme les fibres de verre. Cette hybridation soulève encore une multitude de verrous techniques comme l’emplacement du renfort végétal, le choix de l’hybridation et la proportion des fibres végétales et synthétiques. Ce projet de recherche doctorale vise d’abord à étudier le comportement à long terme de composites stratifiés non-tissés non-hybrides et hybrides à fibres de lin et de verre après leur exposition à différentes conditions de vieillissement hygrothermique. Ensuite, un nouvel élément fini volumique, basé sur l’Approche de la Fibre Projetée (AFP) et intégrant une loi de comportement hygro-thermo-mécanique couplée, sera développé afin de prédire les propriétés effectives de ces composites à long terme. Ce travail doctoral s’articulera principalement autour des deux points suivants : 1. Etude de la durabilité des composites stratifiés non-tissés hybrides et non-hybrides Plusieurs conditions de vieillissement hygrothermique seront appliquées aux composites non-tissés de l’étude. L’objectif est d’évaluer l’impact de ces vieillissements sur leurs propriétés mécaniques. Ceci passe d’abord par une caractérisation de leur vieillissement hygrothermique afin de suivre en particulier leur absorption d’humidité et déterminer leurs paramètres de diffusion d’humidité (taux de saturation, diffusivité, cinétique de diffusion, etc.). Ensuite, une campagne d’essais expérimentaux en statique (traction, flexion), accompagnée par une analyse des signaux acoustiques enregistrés au cours des essais, sera conduite à différentes périodes du vieillissement afin de suivre la variation de leurs propriétés mécaniques. 2. Développement d’un nouvel élément fini hygro-thermo-mécanique Cette 2ème partie est consacrée à la formulation et l’implémentation dans le code ABAQUS d’un nouvel élément fini hexaédrique à 8 nœuds hygro-thermo-mécanique afin de prédire les propriétés effectives des composites stratifiés non-tissés de l’étude ainsi que leur évolution avec le vieillissement. Pour cela, un modèle hygro-thermo-mécanique couplé, basé sur le la loi de diffusion de Langmuir avec prise en compte de la variation des propriétés élastiques avec le vieillissement, sera développé. Le nouvel élément fini hexaédrique à 8 nœuds sera basé sur l’Approche de la Fibre Projetée (AFP). Cette approche permet de tenir compte de la présence du renfort à l’intérieur de l’espace matrice sans le modéliser explicitement, ce qui réduit considérablement les temps de calcul par éléments finis. Les simulations numériques seront par la suite comparées aux différents résultats expérimentaux, avec une étude de faisabilité d’analyse par éléments finis sur un cas semi-industriel de structure en composites stratifiés non-tissés utilisé en milieu marin (coque de bateau).

Encadrant

Mustapha ASSARAR
Wajdi ZAOUARI