Modélisation et caractérisation mécanique d'un composite bio-sourcé par mesures de champs cinématiques sans contact

Modeling and mechanical characterization of a bio-sourced composite by non-contact kinematic field measurements

• Auteur / Autrice : Shengnan Sun
• Direction : Michel Grédiac, Evelyne Toussaint
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique
• Date : Soutenance le 14/04/2014
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal
• Jury : Président / Présidente : Christophe Baley
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Guillaumat, Christophe Poilâne, Jean-Denis Mathias, Arnaud Alzina
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Guillaumat, Christophe Poilâne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Composites

Chitosane

Mots clés libres

Biocomposites

Tige de tournesol

Propriétés hygromécaniques

Analyse statistique

Vieillissement

Mesures de champs sans contact

Biocomposites

Sunflower stem

Hygromechanical properties

Statistical analysis

Full-field measurement

Résumé

Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet de l'ANR DEMETHER lancé en 2011. L'objectif du projet était d'élaborer un matériau composite d'origine bio-sourcée pour l'isolation thermique des bâtiments existants. Ces biocomposites sont constitués de broyats de tiges de tournesol liés par une biomatrice à base de chitosane. Mon travail s'est concentré essentiellement sur la caractérisation et la modélisation des propriétés mécaniques des broyats et du biocomposite. La première phase du travail a permis de mettre en évidence l'influence de la zone de prélèvement des échantillons dans la tige ainsi que celle de l'humidité relative sur le module d'Young. Une approche statistique a également permis de prendre en considération le caractère diffus des tiges sur leurs propriétés mécaniques. Par la suite, un travail d'homogénéisation basé sur la morphologie et les caractéristiques des constituants de l'écorce a conduit à une estimation des propriétés élastiques globales de celle-ci. La deuxième phase du travail a permis de caractériser mécaniquement le biocomposite en compression par une méthode de mesures de champs sans contact développée au laboratoire. Le caractère hétérogène des champs de déformation a ainsi été directement relié aux constituants et au taux de chitosane.

This thesis was carried out within the framework of the project Demether started in 2011. The objective of this project is to develop a bio-based composite material for thermal insulation of existing buildings. These biocomposites consist of shredded sunflower stems linked by a chitosan-based biomatrix. My work is mainly focused on the characterization and the modeling of the mechanical properties of both the sunflower stem and the biocomposite. The first part of this work highlighted the influence of both the specimen sampling location and the conditioning relative humidity on the Young's modulus of sunflower stem. A statistical approach enabled us to take into account the diffuse nature of the stems on their mechanical properties. Thereafter, a homogenization work was carried out. It led to an estimate of the elastic property of the bark based on the morphology and the characteristics of the constituents. In the second phase of the work, the mechanical behavior of the biocomposite under compression was characterized by applying a full-field measurement technique. The heterogeneous nature of the deformation fields was directly linked to the constituents and the chitosan mass percentage of the biocomposite.