Thèse soutenue

Mécanismes de dégradation sous sollicitations hydrothermomécaniques de biocomposites et renforts en fibres végétales : application au développement de mobiliers urbains ultralégers et mobiles

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Auteur / Autrice : Michael Berges
Direction : Stéphane FontainePatrick Ienny
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique et énergétique
Date : Soutenance le 10/12/2018
Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de Recherche en Ingénierie des Véhicules pour l'Environnement (DRIVE) (Nevers)
Jury : Président / Présidente : Loïc Daridon
Examinateurs / Examinatrices : Vincent Placet, Amandine Celino, Romain Léger
Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Dumont, Marco Gigliotti

Résumé

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Avec les préoccupations environnementales actuelles, la recherche se tourne vers des solutions alternatives à l’utilisation de fibres synthétiques. Les fibres végétales apparaissent comme de bonnes candidates, avec de bonnes propriétés spécifiques. Cependant, leur faible durabilité constitue une problématique majeure, notamment lorsque les composites sont soumis à des sollicitations hygro(hygro)thermiques.L’objectif de cette thèse est donc d’analyser et de comprendre les mécanismes de dégradation au cours de sollicitations hydro-thermo-mécaniques, afin de réaliser un modèle prédictif de la durabilité de ces composites.Pour cela, le procédé de fabrication a été étudié et optimisé afin d’obtenir des composites robustes et répétables. Deux matériaux ont ainsi été fabriqués, différenciés par leurs taux volumiques de fibres, de 37.7 % et 51.1 %.Des campagnes expérimentales avaient pour but la caractérisation du comportement mécanique des matériaux sous différentes sollicitations. Un vieillissement hydrothermique a été étudié via des essais sous chargement monotone et des essais sous chargement cyclique (fatigue) en immersion in situ. Aussi, un vieillissement hygrothermique cyclique a été étudié afin de se rapprocher des conditions de service visées.Ces différentes campagnes expérimentales ont mis en évidence le fait que les composites étudiés présentent une forte chute de propriétés mécaniques en fonction du vieillissement, avec une influence finalement peu significative du taux volumique de fibres sur les propriétés après vieillissement, ce qui permet de questionner l’utilité industrielle d’atteindre ces taux volumiques de fibres.Les propriétés mécaniques élastiques sous chargement monotone après des cycles de sollicitations hygrothermiques sont stables après le premier cycle, ce qui peut être rassurant pour une utilisation de ces matériaux. En revanche, des endommagements semblent s’accumuler jusqu’à environ 4 cycles avant de se stabiliser.Les résultats en fatigue montrent également que la saturation peut améliorer la résistance en fatigue en dessous d’une certaine contrainte maximale appliquée, ce qui est particulièrement intéressant pour l’utilisation industrielle visée.Un modèle a pu être implémenté, intégrant l’évolution des propriétés mécaniques au cours de la diffusion, étudiée sur une surface. Ce modèle a permis non seulement de montrer que le matériau est globalement en compression, ce qui est cohérent avec le gonflement contraint des fibres dans la résine, notamment, mais également de mettre en évidence des développements qui seraient nécessaires afin d’aboutir à un modèle prédictif robuste, dont notamment des couplages forts en intégrant une modification de la diffusion en fonction de l’état de contraintes et de déformations des constituants.De nombreuses perspectives ont été discutées, notamment sur des campagnes expérimentales lors de sollicitations mécaniques multiaxiales ou avec des modes de rupture différents (choc, fluage). De plus, le modèle prédictif n’est pas encore atteint et des développements nécessaires ont été identifiés.