Comportement hygromécanique de tubes composites obtenus par enroulement filamentaire en immersion et soumis à différentes températures / Georgina Ibrahim ; sous la direction de Frédéric Jacquemin et de Pascal Casari

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Cinétique chimique

Jacquemin, Frédéric (Directeur de thèse / thesis advisor)

Casari, Pascal (Directeur de thèse / thesis advisor)

Thiebaud, Frédéric (19..-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Davies, Peter (1967-.... ; spécialiste de littérature allemande) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Touchard, Fabienne (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Freour, Sylvain (1977-....) (Membre du jury / opponent)

Université de Nantes (1962-2021) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Nantes) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Université Bretagne Loire (Autre partenaire associé à la thèse / thesis associated third party)

Institut de recherche en génie civil et mécanique (GeM). Equipe Etat Mécanique et Microstructure (Saint-Nazaire) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Les structures étudiées sont des tubes en fibres de verre ou de carbone imprégnés de résine époxy et mis en oeuvre par enroulement filamentaire. Ces tubes sont immergés à différentes températures et on étudie leur comportement hygro-thermo-mécanique à l’aide d’essais de caractérisation et de modélisations tenant compte de différents schémas de diffusion. En premier lieu, la morphologie du matériau est analysée par microscopie et microtomographie aux rayons X. Elle révèle des porosités parfois importantes qui influent sur la cinétique de diffusion des matériaux. Une caractérisation mécanique à l’aide d’essais sur tubes sollicités en pression avec et sans effet de fond permet de mettre en évidence une grande variabilité du champ de déformation à la surface des tubes. En complément, des analyses par DMA permettent de quantifier l’effet du vieillissement sur les propriétés mécaniques des matériaux. Plusieurs protocoles expérimentaux sont mis en place afin de quantifier l’effet des contraintes de fabrication et de service sur la diffusion et sur la dilatation hygroscopique des matériaux employés. On étudie la cinétique de reprise en eau et les variations dimensionnelles d’anneaux composites et de tubes sous pression. On constate un ensemble de réponses dépendant du type de fibre de renfort et de la température de vieillissement. On discute de la pertinence de la loi d’Arrhenius afin d’exprimer le coefficient de diffusion en fonction de la température pour les essais d’immersion. Des modélisations de la cinétique de diffusion basées sur la loi de Fick sont identifiées et améliorées afin de mieux représenter les expériences.

Résumé / Abstract : The structures studied are tubes made of fiberglass or carbon impregnated with epoxy resin and manufactured by filament winding. These tubes are immersed at different temperatures and their hygrothermomechanical behavior is studied by means of characterization tests taking various diffusion patterns into account. First, the morphology of the material is analyzed by microscopy and X-ray micro-tomography. It reveals porosities which may affect significantly the diffusion kinetics of materials. Mechanical characterization by means of pressuretested tube tests with and without background effect makes it possible to demonstrate a great variability of the strain field at the surface of the tubes. In addition, DMA analyzes allow to quantify the effect of aging on the mechanical properties of materials. Several experimental protocols are set up to quantify the effect of manufacturing and service stress state on the diffusion and moisture expansion of the materials used. The kinetics of water absorption and geometric variations of composite rings and pressure tubes are studied. A set of responses is observed depending on the type of reinforcing fiber and the aging temperature. The relevance of Arrhenius' law is discussed in order to express the diffusion coefficient as a function of temperature for immersion tests. Diffusion kinetics models based on Fick's law are identified and improved to better represent the experiments.