Etude du comportement mécanique et de la tenue en service de composites recyclables pour application nautique

Mechanical behavior and in-service life of recyclable composites for nautical applications

• Auteur / Autrice : Haithem Bel Haj Frej
• Direction : Patrick Ienny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Génie Civil
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : IMT Mines Alès
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (Montpellier) - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil / LMGC
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Chailan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Ienny, Jean-François Chailan, Didier Perrin, Romain Léger, Rézak Ayad, Valérie Massardier-Nageotte, Bruno Fayolle, Peter Davies

Mots clés

Mots clés libres

Fibre de carbone

Résine thermoplastique

Propriétés mécaniques

Durabilité

Recyclage

Carbon fibre

Thermoplastic resin

Mechanical properties

Durability

Recycling

Résumé

Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet DURACOMP dont le but est de développer un composite monolithique durable, non thermodurcissable et recyclable pour le secteur de la plaisance et des sports nautiques. Chaque année, plus de 12 000 bateaux de plaisance arrivent en fin de vie. La gestion de la filière de bateaux de plaisance hors d’usage (BPHU) est encore peu développée et la plupart d’entre eux sont actuellement soit mis en décharge puis enfouis, soit incinérés afin de les valoriser énergétiquement. Coupléeà une législation de plus en plus exigeante, la recherche de solutions palliatives économiquement et écologiquement viables devient alors une priorité. Aussi, la problématique de la thèse s’inscrit tout naturellement dans une économie circulaire pérenne ciblée sur un concept nouveau et original d’écoconception piloté par et pour la fin de vie. Les objectifs de ces travaux sont d’étudier la comparaison des mécanismes de diffusion après vieillissements thermohydriques accélérés à différentes températures etleurs impacts sur le comportement mécanique entre un composite à base d’une résine thermoplastique acrylique Elium®(ARKEMA) et un système monolithique vinylester / fibres de carbone.Les résultats de durabilité du matériau composite de substitution ont ainsi montré différents comportements de diffusion, avec une sensibilité similaire de ces vieillissements sur les propriétés mécaniques en fonction de la température (comportement des deux matériaux quasi-réversible à 40°C et endommagement permanents à 70°C). Des modèles analytiques ont permis d’identifierles paramètres du comportement diffusif pour comprendre les types de vieillissement et endommagement mis en jeu. Finalement, une étude a été menée sur la faisabilité de valorisation de l’Elium®/fibres de carbone par recyclage et réutilisation du renfort et de la matrice acrylique. Les résultats montrent que les matériaux semi-recyclés et totalement recyclés présentent un comportement similaire au matériau de référence avec une meilleure accroche fibres/matrice constatée pour les matériaux recyclés. Ces résultats permettront alors le développement de nouvelles voies de conception de composites durables et recyclables incluant un réel pilotage aval de leur fin de vie.

This study is part of the DURACOMP project, the aim of which is to develop a durable, non-thermosetting and recyclable monolithic composite for the yachting and water sports sector. Each year, more than 12,000 pleasure boats reach the end of their lifecycle. The management of the end-of-life pleasure boatsector is still underdeveloped and most of them are currently either landfilled and then buried, or incinerated in order to recover them for energy. Coupled with increasingly demanding legislation, the search for economically and ecologically viable palliative solutions then becomes a priority. Also, the PhD thesis issue fits naturally into a sustainable circular economy focused on a new and original concept of eco-design driven by and for the end-of-life.The objectives of this work are to study the comparison of diffusion mechanisms after accelerated thermo-hydric aging at different temperatures and their impact on the mechanicalbehaviourbetween a composite based on an Elium®acrylic thermoplastic resin (ARKEMA) and a vinylester/ carbon fibremonolithic system. The durability results of the substitute composite material thus showed different diffusion behaviours, with a similarsensitivity of these ageing processes on the mechanical properties as a function of temperature (behaviourof the two materials which is almost reversible at 40 °C and permanent damage at 70 °C). Analytical models have allowed to identify the parameters of the diffusive behaviour in order to understand the types of aging and damage involved.Finally, a study was carried out on the feasibility of upgrading Elium®/ carbon fibresby recycling and reusing the reinforcement and the acrylic matrix. The results show that the semi-recycled and fully recycled materials exhibit similar behaviour to the reference material with better fibre/ matrix adhesion observed for recycled materials. These results will then allow the development of new ways of designing sustainable and recyclable composites, including real downstream management of their end of life.