Thèse en cours

Caractérisation multi-Echelle de L'Interface fibre/matrice : contribution audimensionnement d'éco-composites monolithiques (CELIA)

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Auteur / Autrice : Amira Jbeli
Direction : Anne-Sophie Caro-bretellePatrick Ienny
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Mécanique, Génie Civil et Architecture
Date : Inscription en doctorat le 07/03/2022
Etablissement(s) : IMT Mines Alès
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil
Equipe de recherche : Durabilité des éco-matériaux et des structures (DMS)

Résumé

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L'activité de recherche de l'équipe Durabilité des éco-Matériaux et des Structures (DMS) – UMR LMGC au sein du Centre des Matériaux de Mines d'Alès (C2MA) contribue à proposer une vision globale du développement des éco-matériaux et de leur interaction avec leur milieu d'usage. Le développement de structures intégrant ces matériaux doit satisfaire aux notions de résistance mécanique, de durabilité, qu'il s'agisse de structures du génie civil ou de composites performants pour l'industrie. Notre approche transdisciplinaire intègre la formulation et la mise en œuvre, la caractérisation en physico-chimique et mécanique ainsi que de la modélisation prédictive et multiphysique pour un usage de ces matériaux en condition de service. L'avenir des matériaux composites réside dans l'obtention de pièces structurelles performantes à la fois légères et respectueuses de l'environnement. Dans ce contexte d'écoconception, de nouveaux matériaux écoresponsables sont de plus en plus utilisés pour développer des composites innovants, pouvant remplacer les matériaux petro-sourcés dans de nombreuses applications industrielles. Particulièrement dans l'industrie nautique, pour laquelle a été mise en œuvre au 1er janvier 2019 la Responsabilité Elargie aux Producteurs (REP), le développement de matériaux composites éco-conçus est un des vecteurs essentiels à l'écologisation de la filière industrielle. Gunboat, partenaire industriel qui soutient ce projet, est une entreprise particulièrement active dans cette démarche de veille technologique et d'écologisation de la filière industrielle nautique guidée par la substitution de matières. Qu'il s'agisse de matériaux biosourcés et/ou recyclables, le développement de méthodes fiables permettant de qualifier et quantifier les propriétés d'interface de ces éco-composites à l'échelle locale constitue un enjeu scientifique au centre des objectifs de cette étude doctorale. Une analyse expérimentale multi-échelles croisant différentes techniques de caractérisation des interfaces, dont la microscopie à force atomique (AFM), couplée à la modélisation de ces essais, sera menée. Des matériaux modèles tels que des couples fibre/résine impliquant des fibres à morphologie contrôlée et des résines au comportement élastique fragile, seront d'abord utilisés. L'idée est de faire varier la rigidité des constituants, ainsi que leurs propriétés de surface (en jouant sur l'ensimage de la fibre), pour créer des comportements différents à l'interface. La caractérisation des énergies de surface des fibres et des résines via des méthodes tensiométriques permettra de déterminer l'énergie d'interface fibre/matrice et donc le travail d'adhésion. La microscopie à force atomique est également d'intérêt pour caractériser l'interface à l'échelle nanométrique par la mesure de propriétés physiques de surface. Cependant, l'interprétation des résultats AFM pour obtenir des informations mécaniques quantitatives reste encore à développer. La réponse complexe en rigidité locale, nécessite une interprétation des résultats à l'aide d'une modélisation numérique de l'essai. L'utilisation de différents couples fibre/matrice pour produire des variations de cohésion à l'interface permettra de tester la robustesse du modèle d'interprétation. Des essais micromécaniques tels que des tests de fragmentation et des tests de résistance en cisaillement de l'interface (IFSS) permettront de valider les méthodologies développées dans cette étude. La contribution de la cohésion interfaciale mesurée aux différentes échelles permettra d'améliorer la prédiction des performances du composite.