Etude de la rupture dynamique de tuyaux polymères utilisés pour le transport du gaz sous moyenne pression

Study of the dynamic fracture of polymer gas pipes

• Auteur / Autrice : Jean-Benoit Kopp
• Direction : Christophe Fond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 24/09/2013
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian La Borderie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maurice Brogly, Jean Schmittbuhl
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Lucien Laiarinandrasana, Sylvie Castagnet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rugosité

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Éléments finis, Méthode des

Polymères -- Rupture

Mots clés libres

Rupture dynamique

Polymères

Taux de restitution d’énergie

Éléments finis

Rugosité de surface

Auto-affine

Dynamic fracture

Polymer

Energy release rate

Finite element

Surface roughness

Self-affine

Résumé

Le transport de l’hydrogène à l’utilisateur final est prévu à l’horizon 2020. Il présente les mêmes problèmes que les gaz de ville classiques du point de vue de la rupture dynamique des tuyaux mais le problème se complique encore car une couche barrière est nécessaire de sorte que les petites molécules H2 ne s’échappent pas. Les modes de rupture et leurs origines dans des tuyaux polymères multi couches sont très mal cernés, voire quasiment inconnus. L’objectif de la thèse est donc d’étudier la problématique de tuyaux polymères, à moyen terme multi couches et armés de fibres, ainsi que la rupture dynamique des matériaux composant ces tuyaux. Pour cela,une première partie est consacrée à la conception et à l’optimisation d’un système de chargement de tubes et une seconde à la détermination de la quantité totale de surface créée au passage de la fissure. Afin que la quantité totale de surface de rupture ne dépende pas de l’outil de mesure, il convient de modéliser la rugosité de surface. Une étude statistique, utilisant les outils développés par B.B. Mandelbrot pour les géométries fractales, permettra de savoir dans quelles mesures un modèle auto-affine est convenable.

The transport of hydrogen to the end user is expected in 2020. It presents the same problems as conventional city gas in terms of the dynamic fracture of pipes but the problem is further complicated because of a barrier layer which is necessary to ensure that small H2 molecules do not escape. The failure modes and their origins in polymer multilayer pipes are very poorly understood and almost unknown. The aim of the Ph.D thesis is to study the problematic of polymer gas pipes, multilayer and composite, as well as the dynamic fracture of materials of these pipes. For this, the first part is devoted to the design and optimization of an experimental system of loading pipes. The second part consists to determine post-mortem the total amountof created surface after rapid crack propagation. To prevent the dependence of the amount of fracture surface with the measurement tool, the surface roughness should be modelled. A statistical study of the fracture surface 2 roughness, using the tools developed by B.B. Mandelbrot for fractal geometries, will allow to know when a self-affine model is suitable.