Élaboration de fils capteurs destinés au monitoring de détection et de localisation des fuites de fluides sur des membranes d’étanchéité rapportées en matériaux composites

Development of sensor filaments for the monitoring of detection and location of fluids leaks on a waterproof membrane which is made of composite materials

• Auteur / Autrice : Julie Regnier
• Direction : Aurélie Cayla, Éric Devaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 29/09/2022
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMTEX (Roubaix) - Génie et Matériaux Textiles / GEMTEX
• Jury : Président / Présidente : Loïc Dupont
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Devaux, Jean-François Brun
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Sintes-Zydowicz, Eric Dantras

Mots clés

Mots clés contrôlés

Copolymères statistiques

Polyamides

Matières plastiques -- Extrusion

Propriétés électriques

Composites polymères

Polyéthylène térephtalate

Conducteurs organiques

Conduction électrique

Textiles intelligents

Détecteurs de produits chimiques

Mots clés libres

Composites polymères conducteurs

Mélange de polymères

Détection de liquide

Détection de contraintes mécaniques

Textile intelligent

Conductive polymer composites

Polymers blend

Liquid sensor

Mechanical sensor

Smart textile

Résumé

Cette étude s’inscrit dans le projet collaboratif MONI2TEX (FUI- 2019-2022) qui vise à développer une structure intégrant un capteur en textile capable de détecter une fuite de fluides dans une membrane d’étanchéité rapportée en matériaux composites ( « Développement de structures TEXtiles complexes dotées de capteurs TEXtiles intégrés, destinées au MONItoring de détection et de localisation des fuites de fluides »). Cette étude porte plus précisément sur l’élaboration d’un multifilament conducteur permettant de détecter une contrainte mécanique au sein d’une résine (fissure pouvant engendrer une fuite) et/ou la présence d’eau. Afin de pouvoir l’intégrer dans le process de fabrication de la membrane et éviter sa rupture lors de la fissuration de la résine, le choix du filament s’est porté sur les Composites Polymères Conducteurs (CPCs) à travers procédé de filage en voie fondue. Ces matériaux issus du mélange entre un polymère isolant et des charges conductrices permettent de générer une variation de leur conductivité électrique intrinsèque lorsqu’ils sont soumis à une contrainte mécanique ou chimique. A travers cette étude, différents mélanges ont été investigués afin de répondre aux mieux aux contraintes liées à la structure tout en garantissant une bonne détection. L’introduction des nanotubes de carbone (NTC) dans tous les mélanges a permis d’apporter la propriété électrique et de détection. Cependant, pour améliorer la fluidité et la mise en œuvre du CPC en vue du filage voie fondue, l’ajout d’un composant additionnel (charges inertes ou polymère isolant thermoplastique ou élastomère) dans le CPC est effectué. Par conséquent, l’influence des NTC et du composant est tout d’abord observée sur les propriétés mécaniques, électriques et de détection des différents mélanges sous forme de monofilament réalisés par extrusion. Par la suite, certaines formulations ont été développées par le filage par voie fondue afin d’observer l’influence du procédé de mise en œuvre sur les propriétés du mélange ainsi que d’optimiser ses propriétés de détection

This study is part of the MONI2TEX collaborative project (FUI- 2019-2022) which aims to develop a structure integrating a textile sensor. This textile will be used for the detection of a fluid leak in a waterproof membrane made of composite materials (''Development of complex TEXtile structures with integrated TEXtile sensors, intended for the MONItoring of detection and localization of fluid leaks''). This study focuses more specifically on the development of a conductive multifilament to detect a mechanical stress within a resin (crack that may cause a leak) and/or the presence of water. In order to integrate it in the membrane manufacturing process and to avoid its breakage during the resin cracking, a Conductive Polymer Composites (CPCs) filament has been chosen and studied through melt spinning process. These materials are made of a blend of an insulating polymer and conductive fillers. They can generate a variation of their intrinsic electrical conductivity when they are subjected to a mechanical or chemical stress. Through this study, different blends have been investigated in order to satisfy the constraints related to the structure while ensuring good detection. The introduction of carbon nanotubes (CNTs) in all the blends allowed to bring the electrical and detection property. However, to improve the fluidity and the implementation of the filament for melt spinning, incorporation of an additional component (inert fillers or thermoplastic insulating polymer or elastomer) in the CPC is performed. Therefore, the influence of the CNTs and the additional component is first observed on the mechanical, electrical and sensing properties of the different blends in the form of monofilament produced by extrusion. Subsequently, some formulations were developed by melt spinning in order to observe the influence of the processing method on the properties of the blend as well as to optimize its sensing properties