Etude des propriétés mécanique et thermique des biocomposites basée sur l'homogénéisation numérique

par Muhamad Shafiq Sukiman

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Abdellatif Imad, Fouad Erchiqui et de Toufik Kanit.

Soutenue le 14-12-2017

à Lille 1 en cotutelle avec l'Université du Québec à Abitibi-Témiscamingue , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire de mécanique de Lille (LML) (laboratoire) .

mots clés

• Biocomposites
• Modélisation numérique
• Fibres végétales
• Solides -- Propriétés mécaniques
• Solides -- Propriétés thermiques
• Méthodes d'homogénéisation numérique
• Éléments finis, Méthode des
• Matières plastiques -- Thermoformage
• Viscoélasticité
• Composites

Résumé

Ce travail de thèse porte essentiellement sur la détermination des propriétés mécanique et thermique des biocomposites HDPE-particules de bois et PET-fibres de chanvre, en utilisant des approches expérimentales, numériques et analytiques. La recherche des propriétés effectives de ces biocomposites prend en compte différents paramètres tels que la morphologie et l’orientation des fibres, d'une part, la porosité, et l’interphase, d'autre part. En effet, une étude basée sur la technique d'homogénéisation numérique a été réalisée en vue de vérifier l'influence des fibres courtes et logues sur les propriétés apparentes des différents matériaux étudiés. Aussi, des calculs numériques ont permis d'évaluer les propriétés élastiques ainsi que la conductivité thermique des biocomposites en fonction de la fraction volumique des fibres et des particules. L'objectif ultime de ce travail consiste à une modélisation de la mise en forme des biocomposites par thermoformage. En effet, une étude a été axée sur la thermoformabilité d’un coffrage en biocomposite HDPE-particules de bois, en utilisant des données expérimentales pour mieux décrire le comportement mécanique et thermique en vue d'une modélisation numérique des différentes étapes du thermoformage, en fonction de la teneur en particules de bois.

Titre traduit

Study of the thermal and mechanical properties of biocomposites via numerical homogenization

Résumé

This thesis work concerns the determination of mechanical and thermal properties of HDPE-wood particles and PET-hemp fibers biocomposites using experimental, numerical and analytical approaches. The search for the effective properties of these biocomposites involves different parameters such as the fiber morphology and orientation on the one hand, and the porosity and the interphase on the other. A study based on the numerical homogenization technique has been carried out in order to verify the influence of short and long fibers on the apparent properties of the different materials. Numerical calculations have also allowed the estimation of the elastic properties as well as the thermal conductivity of the biocomposites in relation to the fiber and particle volume fraction. The ultimate objective of this work consists in the modelling of the thermoforming procedure on the biocomposites. A study on the thermoformability of the HDPE-wood particles biocomposite into a formwork in relation to the wood particle content has been carried out by using experimental data of the mechanical and thermal behavior for the numerical simulation of the thermoforming procedure.