Comportement mécanique du polypropylène recyclé renforcé par des fibres de coco en utilisant la tomographie par rayons-X et la corrélation d'images numériques

Mechanical behavior of recycled polypropylene reinforced by coconut fibers using X-ray tomography and digital image correlation

• Auteur / Autrice : Alexandre De Souza Rios
• Direction : Ahmed Benallal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 18/12/2015
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Universidade federal do Ceará
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Schmitt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Benallal, Nicolas Schmitt, Sandro Campos Amico, José Ricardo Tarpani, Pierre Lamary, Enio Pontes de Deus
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sandro Campos Amico, José Ricardo Tarpani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fibres naturelles

Recyclage

Polypropylène

Propriétés mécaniques

Composites

Mots clés libres

Fibre de coco

Recyclage

Comportement morphologique

Comportement mécanique

Corrélation d'image numérique

Mécanique de l'endommagement

Coconut fiber

Recycling

Morphological behavior

Mechanical behavior

Digital image correlation

Damage mechanics

Résumé

L’objectif de ce travail est de caractériser le comportement mécanique de composites constitués à de matrices polymériques renforcées par des fibres naturelles. Les matériaux étudiés dans cette thèse sont le polypropylène pour la matrice et les fibres de coco pour les renforts. La caractérisation morphologique et mécanique de ces matériaux est entreprise grâce à l’usage de la microscopie électronique à balayage, la tomographie aux rayons X, la corrélation d’images numériques et la thermographie infrarouge. Dans une première partie, on a étudié en détail les fibres de coco dans trois états différents: à l’état naturel et après traitement chimique suivi ou non de séchage. Les fibres ont été observées en tomographie et leurs caractéristiques essentielles définies. Par ailleurs des essais mécaniques in-situ dans un microscope électronique à balayage ont été conduits pour l’obtention de leurs propriétés mécaniques. Il a quasi été procédé à la caractérisation mécanique du comportement de tissus de fibre en vue de leur utilisation dans un composite. Dans une seconde partie, le comportement mécanique du polypropylène (à l’état vierge ou recyclé) a été analysé grâce à des essais de traction à déplacement imposé et à diverses vitesses de chargement. Ces essais ont été instrumentés pour des mesures de champs de déplacement et de températures, les premiers servant à mesurer les états de déformation, la progression de l’endommagement et observer les modes de rupture du matériau. L’effet du recyclage est souligné et en particulier la dégradation des propriétés mécaniques. Les caractéristiques complètes (élasticité, pic et plateau et endommagement) et l’effet de la vitesse sur celles-ci sont exhibées pour les deux états. Dans la dernière partie du travail, on s’est intéressé au comportement du composite considérant la matrice à l’état vierge ou dans l’état recyclé. Les caractéristiques obtenues sont discutées en soulignant l’influence du mode d’élaboration utilisé et l’apport des fibres de coco.

The objective of this work is to characterize the mechanical behavior of composites made with recycled polymeric matrices reinforced with natural fibers. The materials studied in this thesis are the polypropylene matrix and the coconut fibers for reinforcement. The morphological and mechanical characterization of these materials is undertaken with the use of scanning electron microscopy, X-ray tomography, the digital image correlation and infrared thermography.In the first part, we studied in detail the coconut fibers in three different states: in its natural state and after chemical treatment followed or not drying. The fibers were observed in tomography and their essential characteristics defined. Furthermore in situ mechanical testing in a scanning electron microscope were conducted to obtain their mechanical properties. It has almost been carried out the mechanical characterization fabrics of the behavior for use in a composite. In a second part, the mechanical behavior of polypropylene (virgin or recycled state) was analyzed by tensile testing at imposed displacement and various charging speeds. These tests were instrumented for measurement of displacement fields and temperatures, the first to measure the deformation conditions, the progression of the damage and observe the failure modes of the material. The effect of recycling is particularly pointed out and degradation of mechanical properties. Complete specifications (elasticity, peak and shelf and damage) and the effect of speed on them are exhibited for both states. In the last part of the work, it was interested in the behavior of the composite matrix considering the blank state or in the recycled state. The characteristics obtained are discussed emphasizing the influence of the method of production used and the contribution of coconut fibers.