Contribution to the study of coupling between moisture diffusion and mechanical stress, in high performance marine materials

par Corentin Humeau

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

Sous la direction de Frédéric Jacquemin et de Peter Davies.

Le président du jury était Philippe Olivier.

Le jury était composé de Bruno Fayolle.

Les rapporteurs étaient Jean-Claude Grandidier, Vincent Placet.

  • Titre traduit

    Contribution à l'étude du couplage entre diffusion d'eau et contrainte mécaniques dans les matériaux marins hautes performances


  • Résumé

    Les cordages en fibres synthétiques et les matériaux composites trouvent de nombreuses applications marines (respectivement : amarrage de bateaux, de plateformes pétrolières flottantes, manutention en mer… et bateaux de compétition, enceinte sous-marine, sous-marins,...). Malgré l'étendue des applications de ces deux matériaux, on ne connaît que très peu leur comportement à long terme, en particulier les interactions entre l'eau de mer et les chargements en service. Cette étude aborde cette problématique d'un point de vue fondamental et par la suite les modèles numériques, développés dans le projet, permettront de considérer les différentes échelles du problème : fibres unitaires, brins, cordages ; résine, matériau composite. L’étude est articulée suivant deux parties : d’une part l’étude des matériaux composites et d’autre part celle des cordages synthétique. Ce travail vise à mettre en avant l’influence du couplage entre contrainte mécanique et diffusion d’eau dans ces deux types de matériaux, en ces phénomènes découples, semi-couplés puis couplés. La corrélation entre essais et simulations numériques contribuera à la mise au point d'un modèle prédictif qui devrait intéresser tous les utilisateurs de ces matériaux.


  • Résumé

    The aim of the study was to understand the impact of coupling on water diffusion and mechanical stress on marine installations. Moreover, we identified the key phenomena involved during this type of exposure. When we look to these type of applications we can distinguish two type of materials used: one for the structure and another for mooring facilities. The best performing structural materials appear to be composites, while the most effective mooring devices are made with synthetic ropes. Therefore, we decided to investigate both materials with the same method: first the properties uncoupled, second, as semi-coupled behaviours and finally as one coupled phenomenon. The present work highlights the divergences between uncoupled, semi-coupled and coupled behaviours for the two main types of material used for marine and offshore applications. The need to perform coupled tests to dimension the offshore systems is fully justified. Moreover, this study proposes an important number of hypotheses to explain these differences when we test the materials coupled. For these reasons, additional work should be performed on the subject for other types or composites and fibre materials in order to increase the data base on coupled behaviour.


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