Caractérisation expérimentale et simulation numérique du comportement mécanique de PHA renforcé en fibres d’Alfa

Experimental characterization and numerical simulation of the mechanical behavior of PHA reinforced with Alfa fibers

• Auteur / Autrice : Ismahen Zaafouri
• Direction : Hervé Laurent, Ahmed Hichem Hamzaoui, Montassar Zrida
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 30/04/2024
• Etablissement(s) : Lorient en cotutelle avec Université de Monastir (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Pour l'Ingénieur (Lorient ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme (Bretagne ; 2016-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hassen Trabelsi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Neila Khabou Masmoudi, Pierre Ouagne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fibres végétales

Polyhydroxyalcanoates

Propriétés mécaniques

Matières plastiques renforcées avec des fibres

Mots clés libres

Alpha (Plante herbacée)

Loi de comportement Hyper-Visco- Hystérétique

Biocomposites

Alfa fibers

Hyper-Visco-Hystérésis law

Résumé

L'étude vise à développer de nouveaux matériaux biocomposites en étudiant l'impact des fibres d'Alfa comme renfort dans des biopolymères à base de PolyHydroxyAlcanoate (PHA). Les caractéristiques des fibres ont été analysées chimiquement et mécaniquement, avec des traitements visant à améliorer leur adhésion à la matrice PHA. Des essais de traction ont évalué les propriétés mécaniques des faisceaux de fibres, puis des composites de différentes compositions ont été testés pour étudier l'influence des taux de fibres et de la vitesse de déformation. Deux campagnes expérimentales ont été menées sur ces matériaux biocomposites : la première avec des essais de traction monotone montrant une amélioration du module d'Young et de la résistance avec l'augmentation de la teneur en fibres, mais une diminution de la ductilité. La vitesse de déformation a également affecté les propriétés mécaniques, avec une augmentation de la résistance et du module d'Young à des vitesses plus élevées. La deuxième campagne a testé le comportement en traction et en torsion, révélant des réponses différentes, notamment en raison de la concentration des déformations dans les têtes d'amarrage des éprouvettes cylindriques spécialement conçues pour réaliser des essais de traction/torsion sur un montage dédié. Un modèle de comportement Hyper-Visco-Hystérésique (HVH) a été identifié pour caractériser ces matériaux, permettant de simuler des phénomènes non-linéaires, l'effet de la vitesse de chargement et des comportements hystérétiques. Ce modèle offre une compréhension approfondie de l'influence du taux de charge et de la vitesse de déformation, fournissant une modélisation précise du comportement mécanique des biocomposites PHA/Alfa dans des situations variées.

The aim of the study was to develop new biocomposite materials by investigating the impact of Alfa fibres as reinforcement in biopolymers based on PolyHydroxyAlcanoate (PHA). The properties of the fibres were analysed chemically and mechanically, with treatments designed to improve their adhesion to the PHA matrix. Tensile tests were carried out to evaluate the mechanical properties of the fibre bundles, and composites of different compositions were tested to study the influence of fibre content and the strain rate. Two experimental campaigns were carried out : the first with monotonic tensile tests showing an improvement in Young's modulus and strength with increasing fibre content, but a decrease in ductility. Strain rate also affected mechanical properties, with an increase in strength and Young's modulus at higher strain rates. The second campaign tested the tensile and torsional behaviour, revealing different responses, notably due to the concentration of deformation in the grip head of the specimens cylindrical specimens used to carried out tensile and torsion tests. A Hyper-Visco-Hysteretic (HVH) numerical model was also identified to characterise the behaviour of the materials, enabling the simulation of non-linear evoltions, the effect of loading rate and hysteretic behaviour. This model provides an extensive understanding of the influence of loading rate and strain rate, providing accurate modelling of the mechanical behaviour of PHA/Alfa biocomposites in a variety of conditions.