Contribution au développement de l'utilisation des fibres naturelles dans les composites structuraux.Étude du comportement d'un composite Lin/Epoxy lors d'un vieillissement hygrothermique.

Contribution to the development of natural fibers' use in structural composites.Study of a Flax / Epoxy composite’s behavior when exposed to hygrothermal ageing.

• Auteur / Autrice : Thomas Cadu
• Direction : Stéphane Fontaine, Olivier Sicot, Laetitia Van schoors
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2018
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de Recherche en Ingénierie des Véhicules pour l'Environnement
• Jury : Président / Présidente : Anne Bergeret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Fontaine, Laetitia Van schoors, Olivier Sicot, Xiao Lu Gong, Peter Davies

Mots clés

Mots clés libres

Composite

Fibres de lin

Vieillissement

Mise en oeuvre

Composite

Flax fibers

Ageing

Manufacturing process

Résumé

Les composites bio-sourcés et notamment à base de fibres de lin connaissent depuis quelques années un regain d’intérêt, particulièrement dans les domaines des transports, de la mobilité et des loisirs. En effet, le faible coût énergétique et environnemental de la fibre de lin lui confère un avantage face à la fibre de verre, tout en la concurrençant en termes de propriétés mécaniques spécifiques. Cependant le comportement à long terme en environnement humide des composites à base de fibres de lin reste méconnu et constitue un frein à leur utilisation à plus grande échelle. Les objectifs de ces travaux sont de donner des clés pour produire un composite lin/époxy de haute qualité et de contribuer à l’amélioration de la connaissance de la durabilité de ces matériaux. Tout d’abord, l’influence de nombreux paramètres de mise en œuvre [(i) le pré conditionnement des renforts, (ii) la température de cuisson, (iii) la pression appliquée lors de la cuisson, (iv) la vitesse de refroidissement, (v) la température de sortie de la plaque, (vi) la température de post-cuisson et (vii) la durée de post-cuisson] sur les propriétés mécaniques des composites a été étudiée afin d’obtenir des matériaux de haute qualité. Une méthode de vieillissement « réaliste » a ensuite été développée afin d’étudier la durabilité de ce type de composites en présence d’eau. Des cycles de vieillissements hygrothermiques ont ainsi été menés en laboratoire sur des éprouvettes de composite, de résine et des faisceaux de fibres. Puis des analyses multi-échelles basées sur des caractérisations physico-chimiques, microstructurales et morphologiques du composite lin/époxy au cours de ce vieillissement ont permis de mieux comprendre les mécanismes responsables de leurs évolutions de propriétés mécaniques longitudinales et transverses au cours du temps.

In recent years there is renewed interest for bio-sourced composites, including those based on flax fibers, and especially in the field of transport, mobility and leisure. In fact, the lower energy cost and environmental impact of flax fiber give it an advantage over glass fiber, while competing with its specific mechanical properties. However, flax fibers based composites long-term behavior remains poorly known in damp environments and constitutes an obstacle to a wider use. This work aims to provide adapted parameters to produce a high-grade flax/epoxy composite and to contribute to improve the durability knowledge of these materials. First, the influence of many processing parameters [(i) conditioning of the reinforcements, (ii) curing temperature, (iii) curing pressure, (iv) cooling speed, (v) exit temperature, (vi) post curing temperature and (vii) post curing duration] on the composites’ mechanical properties have been studied in order to manufacture high-grade materials. Then a “realistic” ageing method has been developed to study the durability of this kind of composites when exposed to water. Thus cyclic hygrothermal ageing has been applied to composite, resin and fiber bundles in the laboratory. Then multi-scale analyzes based on physicochemical, microstructural and morphological characterizations of the flax/epoxy composites helped to better understand the mechanisms responsible for the longitudinal and transverse mechanical properties’ evolutions over time.