Etude expérimentale et numérique de la durabilité d'un composite pultrudé innovant pour application ferroviaire

Experimental and numerical study of an innovative pultruded composite durability for railway applications

• Auteur / Autrice : Hussein Chebbo
• Direction : Patrick Ienny, Didier Perrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Génie Civil
• Date : Soutenance le 16/12/2025
• 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) - PCH Polymères, composites, hybrides - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil / LMGC
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Fontaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Ienny, Didier Perrin, Fabienne Touchard, Christophe Bois, Arnaud Regazzi, Olivier De Almeida, Amandine Celino
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabienne Touchard, Christophe Bois
• DOI : 10.70675/79f18928zb013z4d48zb11bz1e4d30bd3924

Mots clés

Mots clés libres

Composites pultrudés

Polyamide 6

Elium

Vieillissement

Modélisation multi-Échelle

Fatigue

Pultruded composites

Polyamide 6

Elium

Ageing

Multi-Scale modelling

Fatigue

Résumé

La mobilité des personnes et des marchandises constitue aujourd'hui un enjeu économique et écologique majeur, notamment en France. Le projet INFRAlight, regroupant plusieurs acteurs académiques et industriels a pour but de développer une infrastructure innovante, connectée, adaptée à tout type de trains légers, peu coûteuse en investissements et en exploitation. Un des axes de ce projet consiste à concevoir des rails innovants fabriqués en continu par le procédé de pultrusion qui soient résistants à l'usure, durables, facilement remplaçables et recyclables.L'utilisation de matériaux composites dans une telle application représente une approche disruptive nécessitant une validation approfondie de leur tenue mécanique dans le temps pour des conditions de service difficiles. En effet, le matériau retenu devra pouvoir supporter tout au long de sa durée de vie des sollicitations thermo-hygro-mécaniques variables ainsi qu'une exposition importante aux rayonnements UV qui seront à l'origine de la dégradation de ses propriétés mécaniques. Il est, bien évidemment, primordial de tenir compte de ces évolutions afin de dimensionner correctement le rail avant déploiement.Ce travail de thèse est consacré à la caractérisation expérimentale de deux composites pultrudés — Elium®/verre et PA6/verre — soumis à différents vieillissements hygrothermiques et photo-oxydatifs, en conditions accélérées et naturelles. Parallèlement, un modèle multi-physique et multi-échelle a été développé afin de simuler les observations expérimentales, et intégre la diminution du module élastique durant la phase transitoire de diffusion. Enfin, des essais de fatigue ont été réalisés pour évaluer le comportement des matériaux sous sollicitations cycliques, ainsi que l'impact du vieillissement hygrothermique sur leur limite d'endurance.

The mobility of people and goods is today a major economic and environmental challenge, particularly in France. The INFRAlight project, which brings together several academic and industrial partners, aims to develop an innovative, connected infrastructure suitable for all types of light trains, that is cost effective in both construction and operation. One of the project's primary goals is to design innovative rails, manufactured by pultrusion, that are resistant to wear, durable, easily replaceable, and recyclable.Using composite materials for this application is a disruptive approach, that requires validating their long-term mechanical performance under demanding service conditions. The selected materials must withstand variable thermo-hygro-mechanical stresses, and significant exposure to UV radiation throughout their service life, which can lead to degradation of their mechanical properties. Therefore, it is essential to account for these changes when designing the rails prior to deployment.This doctoral work focuses on the experimental characterisation of two pultruded composites — Elium®/glass and PA6/glass that are subjected to various hygrothermal and photo-oxidative ageing conditions, both accelerated and natural. In parallel, a multi-physical, multi-scale model was developed to simulate the experimental observations and incorporate the reduction of the elastic modulus during the transient diffusion phase. Finally, fatigue tests were conducted to evaluate the behaviour of the composites under cyclic loading and to assess the impact of hygrothermal ageing on their fatigue performance.