Matériaux composites sable et rebut de caoutchouc : Une analyse micromécanique

Sand/waste rubber mixtures : A micromechanical analysis

• Auteur / Autrice : Pravin Ravindra Badarayani
• Direction : Patrick Richard, Bogdan Cazacliu, Riccardo Artoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 20/11/2019
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (France ; 2011-2019)
• Jury : Président / Présidente : Giulio Sciarra
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Richard, Bogdan Cazacliu, Riccardo Artoni, Giulio Sciarra, Luc Oger, Matthew Evans, Vanessa Magnanimo, Andrea Diambra
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Oger, Matthew Evans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites

Ségrégation (matériaux granulaires)

Sable

Pneus -- Recyclage

Caoutchouc

Mots clés libres

Ségrégation

Mélange

Oedomètre

Éléments discrets

Caoutchouc

Segregation

Mixture

Oedometer

Discrete Element Method

Rubber

Résumé

Les déchets issus de caoutchouc (pneus usagés) sont produits en grand nombre par nos industries et par notre mode de vie. Afin de réduire leur impact sur l’environnement et de s’inscrire dans une logique d’économie circulaire, il est envisageable de recycler ces déchets dans des matériaux granulaires dans le but d’obtenir des composites aux propriétés notables. L’objectif de ce projet est d'étudier si l'ajout de grains de caoutchouc dans les sols à base de sable améliore les propriétés des matériaux ainsi obtenus. Ce projet porte ainsi sur l’étude des composites caoutchouc-sable et en particulier sur la relation entre la qualité du mélange obtenu et les propriétés mécaniques. Les expériences caractérisant le mélange du sable et du caoutchouc ont été effectuées. La caractérisation de nos mélanges sable/caoutchouc a montré la présence de ségrégation. Dans le but de quantifier l’effet de cette dernière sur les propriétés mécaniques de nos mélanges, des tests mécaniques classiques à l’oedomètre ont été réalisés et en plus des simulations de type éléments discrets (DEM) ont été réalisées. L’importance de cette ségrégation sur les propriétés mécaniques n’est pas forcément cruciale, notamment à forte fraction volumique de caoutchouc. Nous avons également montré que des outils numériques pouvaient être utilisés à bon escient pour comprendre les mécanismes à l’échelle du grain.

A huge amount of waste tires is dumped at the landfill sites. Such a waste is posing an environmental hazard. It is high time to reduce their impact on the environment in a sustainable way and hence recycle them. One of the options is to recycle these waste tires, convert them into powdered form and use this granular rubber with other granular materials, e.g. soil to improve their properties. This study is based on the analysis of such sand-rubber mixtures. In particular, the focus of this study is to investigate the effect of quality of mixing on the mechanical response of such sand-rubber mixtures. The study began with characterizing the segregation of sand and rubber for specific conditions, i.e. mixing and under vertical taps. The experiments pointed out segregation in such mixtures. Hence, it was interesting to study its effect on the mechanical response of these mixtures by performing classic oedometer experiments and also with the help of Discrete Element Method (DEM) simulations. It was concluded that the segregation did not have a crucial effect on the mixtures, especially for important rubber volume fractions. For rubber volume fractions up to 25% however, it showed a considerable effect on the mechanical response of these mixtures. The use of DEM simulations helped to better understand the effect of mixing quality by relating the properties observed at the grainscale level such as contact forces, force distribution, etc. with the macroscopic response of these mixtures.