Contribution à l'étude du vieillissement couplé thermo-hydro-mécanique de biocomposite PLA/lin

A contribution to the study of the coupled thermo-hydro-mechanical aging of PLA/flax biocomposites

• Auteur / Autrice : Arnaud Regazzi
• Direction : Jean-Marc Haudin, Anne Bergeret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 12/12/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENMP
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Lamine Boubakar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Haudin, Anne Bergeret, Bruno Fayolle, Stéphane Corn, Patrick Ienny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Peter Davies, Jean-Claude Grandidier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Propriétés mécaniques

Composites polymères

Mots clés libres

Durabilité

Composite

Biosourcé

Vieillissement thermo-hydrique

Fluage

Couplage

Durability

Composite

Biobased

Thermo-hydric aging

Creep

Coupling

Résumé

L'utilisation croissante de composites biosourcés dans des applications de plus en plus techniques pose le problème de la prédiction de leur vieillissement dans des conditions réelles d'utilisation. En effet l'environnement dans lequel ils évoluent, conjugue généralement des sollicitations de nature thermique, hydrique et mécanique. Le comportement complexe de chaque constituant (fibre et matrice, et même leur interface) et donc du matériau composite dans sa globalité vis-à-vis de ces dégradations restent mal connu.L'objectif de ce travail est d'apporter des éléments de réponse à cette problématique en étudiant, de manière extit{ex situ} et extit{in situ}, le comportement de biocomposites poly(acide lactique) renforcés de fibre de lin soumis à un vieillissement couplé thermo-hydro-mécanique. Pour différents taux de renfort, l'influence de la présence d'eau à différentes températures couplée ou non à des contraintes de fluage a été évaluée.Dans un premier temps, la caractérisation de ces biocomposites dans un environnement thermo-hydrique a permis d'identifier les phénomènes mis en jeu. Plusieurs propriétés physiques, chimiques, thermiques et mécaniques ont été déterminées au cours de la diffusion. Par la suite, les conséquences irréversibles des phénomènes de vieillissement sur ces propriétés ont été évaluées. Dans un troisième temps, l'introduction de sollicitations mécaniques comme facteur supplémentaire de vieillissement a permis d'apprécier les effets du couplage thermo-hydro-mécanique. Enfin un modèle de calcul par éléments finis a été mis au point afin de pouvoir simuler le comportement physique et mécanique des biocomposites dans un environnement thermo-hydrique donné.

The growing demand for bio-based composites intended for high standard applications bring to light the specific problems of aging prediction in real life conditions. The various environment in which these products are likely to be used lead to different kinds of damage (hydric, thermal and mechanical). The complex behavior of each component (fiber, matrix, and even their interface), and thus the behavior of the composite material, are generally poorly understood.The objective of this work is to provide possible answers to these inter-related problems by studying, extit{ex situ} and extit{in situ}, the behavior of PLA/flax biocomposites subjected to a coupled thermo-hydro-mechanical aging. The influence of the presence or the absence of water at different temperatures coupled to a creep stress was assessed for different fiber contents.At first, the characterization of these biocomposites in a thermo-hydric environment allowed to identify the involved phenomena. Several physical, chemical and mechanical properties were determined during diffusion. Then, the irreversible consequences of thermo-hydric aging on these properties were assessed. Thirdly, the subjection of materials to additional mechanical loadings made possible the evaluation of the effects of thermo-hydro-mechanical couplings. Finally, a finite element model was established in order to simulate the physical and mechanical behavior of biocomposites in a given thermo-hydric environment.