Comportement à la rupture d'un composite à fibres végétales

Fracture behaviour on natural fibre reinforced composites

• Auteur / Autrice : Adem Alia
• Direction : Hocine Osmani, Pascal Reynaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance le 12/03/2020
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Université Ferhat Abbas (Sétif, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science (Rhône) - Matériaux- ingénierie et science [Villeurbanne] / MATEIS
• Jury : Président / Présidente : Laurent Guillaumat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hocine Osmani, Pascal Reynaud, Laurent Guillaumat, Abderrezak Bezazi, Fabienne Touchard, Gilbert Fantozzi, Nathalie Godin, Mansour Rokbi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Abderrezak Bezazi, Fabienne Touchard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Résistance des matériaux

Fibres végétales

Composites à fibres

Composites polymères

Mots clés libres

Matériaux

Composites à matrice organique

Composites à fibres végétales

Composites tissés

Renforts tissés

Comportement mécanique

Endommagement mécanique

Comportement micromécanique

Analyse structurelle

Sollicitation mécanique

Fatigue cyclique

Matériau composite

Emission acoustique

Essai in situ

Corrélation d'images numériques

Materials

Organic matrix composites

Natural fibers composites

Woven composites

Woven reinforcement

Mechanical behaviour

Structure damage

Micromechanical behaviour

Structural analysis

Damage behavior

Cyclic deformation

Composite

Acoustic emission

In situ tests

Digital Image Correlation

Résumé

L’objectif de cette thèse est la caractérisation du comportement mécanique et de l’endommagement d’un composite tissé jute/polyester. Les fibres végétales constituent en effet une alternative écologique intéressante à l’utilisation des fibres synthétiques, en particulier les fibres de verre qui sont les plus utilisées pour les pièces composites de grande diffusion. Le composite est développé au sein du laboratoire LMNM à l’IOMP, Sétif, Algérie. Deux orientations ([0]8 et [+45/-45]2S) sont considérées. La caractérisation mécanique est effectuée en traction et compression monotones ainsi qu’en fatigue cyclique. Les caractérisations mécaniques et microstructurales sont réalisées au sein du laboratoire MATEIS. L’étude de l’endommagement des composites est réalisée en combinant cinq techniques : l’évolution des paramètres mécaniques via des essais cyclés et de fatigue, la microscopie, l’émission acoustique (EA), la corrélation d’images et la micro-tomographie RX. L’étude de l’évolution des paramètres mécaniques accompagnée de l’analyse globale de l’EA fournit des premiers indicateurs quant au développement de l’endommagement lors des essais. Les analyses microstructurales permettent d’identifier finement les différents mécanismes d’endommagement qui surviennent lors des sollicitations mécaniques (décohésions fibre/matrice, fissurations matricielles et rupture de fibres). Pour la segmentation des signaux d’émission acoustique en traction et en compression monotones, une classification non-supervisée est utilisée en mettant l’accent sur le choix des descripteurs et sur la labellisation des classes obtenues. Des essais de traction instrumentés par corrélation d’images ainsi que des essais de traction in-situ sous tomographe permettent d’identifier la chronologie d’apparition de l’endommagement. Ces résultats permettent également de labelliser les classes obtenues. Les signaux labellisés servent ensuite à créer une bibliothèques pour identifier la chronologie d’évolution des modes d’endommagement en fatigue cyclique réalisée par classification supervisée. Enfin, toutes ces analyses ont permis d’établir des scénarios d’endommagement pour les différents modes d’endommagement et pour les deux orientations. Il est ainsi possible de reconsidérer l’élaboration pour optimiser les propriétés mécaniques.

The objective of this thesis is the characterization of the mechanical behavior and the damage of a woven jute / polyester composite. natural fibers are indeed an interesting ecological alternative to synthetic fibers, in particular glass fibers which are the most used for composite manufacturing. The studied composite is developed in the LMNM laboratory at IOMP, Sétif, Algeria. Two fibre orientations ([0] 8 and [+ 45 / -45] 2S) are considered. The mechanical characterization is carried out in monotonic tensile and compression as well as in cyclic fatigue. Mechanical and microstructural characterizations are carried out in the MATEIS laboratory. The study of the damage is carried out by combining five techniques: the evolution of mechanical parameters via cyclic and fatigue tests, microscopy, acoustic emission (EA), image correlation and micro- RX tomography. The study of the evolution of the mechanical parameters combined with the global analysis of the AE provides first indicators concerning the development of the damage during the tests. Microstructural analyzes allow to finely identify the damage mechanisms that occur during mechanical tests (fiber / matrix decohesions, matrix cracks and fiber breakage). For the segmentation of acoustic emission signals in monotonic tests, an unsupervised classification is used, emphasizing the choice of descriptors and the labeling of the classes obtained. Tensile tests instrumented by image correlation as well as in situ tensile tests under tomography allow to identify the chronology of appearance of the damage. These results are also used to label the obtained classes . The labeled signals are then used to create a library to identify the chronology of evolution of the modes of damage in cyclic fatigue achieved by supervised classification. Finally, all these analyzes made it possible to establish damage scenarios for the different damage modes and for the two orientations. It is thus possible to reconsider the development to optimize the mechanical properties.