Étude expérimentale et modélisation de la durabilité des biocomposites à fibres de lin / Abderrazak Chilali ; sous la direction de Rézak Ayad

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Catalogue Worldcat

Lin

Éléments finis, Méthode des

Composites thermoplastiques

Composites thermodurcissables

Émission acoustique

Ayad, Rézak (19..-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Retraint, Delphine (1969-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Guillaumat, Laurent (19..-.... ; chercheur en génie mécanique) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Khellil, Kamel (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Kébir, Hocine (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Assarar, Mustapha (1978-....) (Membre du jury / opponent)

Zouari, Wajdi (1981-....) (Membre du jury / opponent)

Université de Reims Champagne-Ardenne (Organisme de soutenance / degree-grantor)

Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Résumé / Abstract : Dans cette étude doctorale, nous proposons d’étudier la durabilité de deux matériaux composites à matrices thermodurcissable et thermoplastique renforcées par des tissus sergé de lin. Nous analysons d’abord la cinétique de diffusion d'eau dans les deux composites par identification de leurs paramètres de diffusion 3D, via une approche d’optimisation basée sur les modèles de Fick et de Langmuir 3D. Nous étudions ensuite l’effet de plusieurs paramètres géométriques et l’orientation des fibres sur la cinétique de diffusion d’eau au sein des deux composites. Nous analysons par la suite l'effet du vieillissement hydrique sur leurs propriétés élastiques et à la rupture. Enfin, nous proposons une analyse numérique par éléments finis de la diffusion d’eau au sein des deux composites et de leur comportement hydro-élastique. Nous estimons ainsi les paramètres de diffusion de la fibre de lin et des matrices à travers une approche numérique inverse, en décrivant la section et l’ondulation des mèches de lin au sein des deux matériaux. Nous montrons en particulier que les composites non vieillis présentent un comportement mécanique proche de l'effet Kaiser. Cependant, les composites vieillis présentent clairement un effet Felicity, ce qui indique la présence significative d’endommagements induits par l’absorption d'eau. Nous affirmons enfin que l’analyse numérique permet d’identifier d’importantes concentrations de contraintes pouvant induire des endommagements microstructuraux au sein des composites étudiés.

Résumé / Abstract : In this thesis work, we study the durability of two twill flax fabrics reinforced thermosetting and thermoplastic composites. Firstly, the diffusion behaviour of these composites is investigated by identifying their 3D Fick’s and Langmuir’s diffusion parameters using an optimization algorithm. The influence of several geometric parameters and fibre orientation on their 3D moisture diffusion is also studied. Then, we analyse the effect of water ageing on their elastic and failure properties. Finally, a numerical finite element analysis is performed in order to study their diffusive and hydro-mechanical behaviour. The water diffusion parameters of the flax fibre and the used resins are estimated by a numerical inverse analysis exploiting experimental water uptake data. The heterogeneity of the studied composites is considered by modelling the twill weave fabrics undulation of their unit-cell. In particular, the mechanical behaviour of the unaged composites is found to exhibit a Kaiser effect contrary to the aged materials which exhibit a significant Felicity effect synonymous of substantial damage induced by water ageing. Besides, it is found that high mechanical stress concentrations are developed at the fibre-matrix interface, which could cause damage initiation and lead to the final composite failure.