Étude d'un renfort en lin unidirectionnel destiné aux matériaux composites biosourcés

Study of a unidirectional flax reinforcement for biobased composite

• Auteur / Autrice : Haomiao Yang
• Direction : Christophe Poilâne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mecanique des solides, genie mecanique, productique, transport et genie civil
• Date : Soutenance le 12/07/2017
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Fontaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Poilâne, Pierre Ouagne, Evelyne Toussaint, Jun Chen, Florian Gehring
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Ouagne, Evelyne Toussaint
• DOI : 10.70675/5ecce8bdz2742z4f89z885dzf40e0084833e

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Fibres végétales

Adsorption

Mots clés libres

Composites UD

Orientation des fibres

Sorption

Plant fiber

UD composite

Mechanical properties

Fiber orientation

Résumé

Dans cette thèse, un composite unidirectionnel à renfort lin (composite UD biosourcé) a été développé et élaboré par la technique de presse à chaud. Le comportement en traction des composites à renfort végétal montre en général deux domaines, mais un troisième domaine est identifié dans ce travail. Un modèle phénoménologique développé précédemment pour décrire le comportement en traction d'un composite à renfort en fils torsadés a été testé avec le composite UD biosourcé. Nous montrons que l'ajout d'un phénomène de consolidation au modèle précédent est nécessaire pour simuler correctement le troisième domaine. Un second modèle mécanique a été par ailleurs développé pour identifier expérimentalement les propriétés mécaniques effectives du renfort en lin lorsqu'il est piégé dans la matrice. La distribution statistique de l'orientation locale du renfort a été mesurée pour pouvoir prendre en compte l'orientation des fibres. Pour cela, la technique du tenseur de structure a été appliquée sur des images optiques du pli de lin. Par ailleurs, ce modèle permet d'étudier l'influence des porosités sur les propriétés mécaniques. Les deux modèles permettent d'effectuer des prévisions efficaces du comportement mécanique du composite de fibre de lin unidirectionnel. En complément des modèles de mécanique, le comportement en sorption du composite de lin UD a également été analysé. Le modèle de Langmuir et le modèle de Fick ont été appliqués sur nos composites UD. Les résultats montrent que la configuration unidirectionnelle du renfort de lin favorise la sorption d'eau des composites associés.Résumé en anglais

In this Ph.D work, unidirectional flax fiber composite (UD biobased composite) has been designed and manufactured based on the hot platen press process. Plant fiber composites usually exhibit two regions under tensile load, but three regions have been identified in this work. A phenomenological model, previously developed to describe the tensile mechanical behavior of twisted plant yarn composites, has been tested with the UD biobased composite. We show that the addition of a strengthening phenomenon to the previous model is necessary to simulate correctly the third region. A second mechanical model has also been developed for experimental identification of the effective mechanical properties of flax reinforcement when embeded in matrix. A statistical distribution of local orientation of UD reinforcement was obtained allowing taking the fiber orientation into account. To that end, structure tensor method was applied to optical images of flax ply. Furthermore, this model allows the effect of porosity on mechanical properties to be studied. Both models provide effective forecast of the mechanical behavior of unidirectional flax fiber composite. Besides the mechanic models, sorption behavior of UD flax composite also has been analyzed. Langmuir's model and Fick's model were applied on our UD composite. The results show that the unidirectional configuration of the flax reinforcement promotes the water sorption from the associated composites.