SIMULATION A L'ECHELLE MESOSCOPIQUE DU COMPORTEMENT DE RENFORTS TISSES EN FIBRES DE LIN.

MESOSCOPIC SCALE SIMULATION OF THE BEHAVIOR OF WOVEN FLAX FIBERS REINFORCEMENTS.

• Auteur / Autrice : Tiffany Larquemin
• Direction : Gilles Hivet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 01/03/2022
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....)

Mots clés

Mots clés libres

Comportement

Simulation

Lin

Behavior

Simulation

Flax

Résumé

Les contraintes écologiques et économiques actuelles font que les composites à base de renforts réalisés en fibres naturelles se développent. C'est notamment le cas des composites à base de fibres de lin car ces dernières possèdent des propriétés mécaniques intéressantes. De plus, la disponibilité du lin dans les cultures françaises en fait un produit de choix. C'est pourquoi, les fibres longues de lin sont un candidat sérieux pour se substituer aux fibres synthétiques dans certaines pièces y compris structurelles. Cependant, l'exploitation des renforts de lin est encore très largement freinée par une maitrise insuffisante de leur comportement mécanique aussi bien au niveau de la fibre, que de la mèche ou du renfort mais également des procédés de fabrication de la mèche à la pièce composite finale. En effet, du fait de leur structure et de leur constitution, les milieux fibreux obtenus à partir de lin présentent un comportement mécanique spécifique, différent notamment de celui des fibres synthétiques. Or il est nécessaire de comprendre, maîtriser, et modéliser ce comportement mécanique afin d'optimiser la mise en œuvre et la tenue en service de pièces composites. Pour caractériser ce comportement, deux méthodes sont envisageables : les approches expérimentales et les méthodes numériques. Bien que les premières soient efficaces, elles restent coûteuses, longues et souvent difficiles à mettre en œuvre pour les renforts fibreux ; c'est pourquoi il est nécessaire de les compléter par des approches numériques afin de pouvoir simuler le comportement de ces renforts à partir de leur constitution. De plus, les approches expérimentales ne peuvent être mise en œuvre que sur des renforts existants et ne permettent ainsi pas de prévoir le comportement mécanique d'un renfort en développement. L'enjeu de cette thèse est ainsi de pouvoir développer un outil de simulation permettant d'obtenir le comportement des renforts à base de fibres de lin. Par nature plusieurs échelles peuvent être envisagées pour aborder ce problème. L'échelle mésoscopique modélisant la mèche composée de fibres comme un matériaux homogènes avec des propriétés mécaniques particulières apparait aujourd'hui comme le meilleur compromis entre réalisme et complexité des calculs. Cette échelle permet en effet de s'affranchir de considérer explicitement l'enchevêtrement et le contact des milliers de fibres constitutives tout en prenant en considération l'entrelacement des mèches, des fils de liage, des coutures, qui joue au premier ordre sur le comportement mécanique des renforts. Ainsi, l'objectif de cette thèse sera de développer et mettre au point un outil de simulation, à l'échelle mésoscopique, permettant de modéliser le comportement mécanique des renforts de fibres de lins à partir de leur constitution. Cette simulation sera établie par l'observation des renforts secs et la mise en place d'essais permettant d'établir une loi de comportement homogène équivalente.

The current ecological and economic constraints mean that composites based on reinforcements made from natural fibres are developing. This is particularly the case for composites based on flax fibres, which have interesting mechanical properties. Moreover, the availability of flax in French crops makes it a product of choice. This is why long flax fibres are a serious candidate to replace synthetic fibres in certain parts, including structural parts. However, the exploitation of flax reinforcements is still largely hindered by an insufficient mastery of their mechanical behaviour both at the level of the fibre, the roving or the reinforcement but also of the manufacturing processes from the roving to the final composite part. Indeed, due to their structure and constitution, fibrous media obtained from flax present a specific mechanical behaviour, different in particular from that of synthetic fibres. It is necessary to understand, control and model this mechanical behaviour in order to optimise the implementation and service life of composite parts. To characterise this behaviour, two methods are possible: experimental approaches and numerical methods. Although the former are effective, they are costly, time-consuming and often difficult to implement for fibrous reinforcements; this is why it is necessary to supplement them with numerical approaches in order to be able to simulate the behaviour of these reinforcements from their constitution. Moreover, experimental approaches can only be implemented on existing reinforcements and thus do not allow to predict the mechanical behaviour of a developing reinforcement. The challenge of this thesis is thus to develop a simulation tool allowing to obtain the behaviour of reinforcements based on flax fibres. By nature, several scales can be considered to address this problem. The mesoscopic scale modelling the fibre roving as a homogeneous material with specific mechanical properties appears today as the best compromise between realism and complexity of the calculations. This scale makes it possible to avoid explicitly considering the entanglement and contact of the thousands of constituent fibres while taking into consideration the intertwining of the rovings, the binding threads and the seams, which have a first-order effect on the mechanical behaviour of the reinforcements. Thus, the objective of this thesis will be to develop and finalise a simulation tool, on a mesoscopic scale, which will allow the mechanical behaviour of wool fibre reinforcements to be modelled from their. This simulation will be established by observing the dry reinforcements and setting up tests to establish an equivalent homogeneous behaviour law.