Étude expérimentale et modélisation de la durabilité des biocomposites à fibres de lin

par Abderrazak Chilali

Thèse de doctorat en Mécanique, génie mécanique, génie civil

Sous la direction de Rézak Ayad.

Soutenue le 27-06-2017

à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (LISM) Laboratoire d'Ingénierie et Sciences des Matériaux (laboratoire) .

Le président du jury était Delphine Retraint.

Le jury était composé de Rézak Ayad, Kamel Khellil, Hocine Kébir, Mustapha Assarar, Wajdi Zouari.

Les rapporteurs étaient Laurent Guillaumat.


  • Résumé

    Dans cette étude doctorale, nous proposons d’étudier la durabilité de deux matériaux composites à matrices thermodurcissable et thermoplastique renforcées par des tissus sergé de lin. Nous analysons d’abord la cinétique de diffusion d'eau dans les deux composites par identification de leurs paramètres de diffusion 3D, via une approche d’optimisation basée sur les modèles de Fick et de Langmuir 3D. Nous étudions ensuite l’effet de plusieurs paramètres géométriques et l’orientation des fibres sur la cinétique de diffusion d’eau au sein des deux composites. Nous analysons par la suite l'effet du vieillissement hydrique sur leurs propriétés élastiques et à la rupture. Enfin, nous proposons une analyse numérique par éléments finis de la diffusion d’eau au sein des deux composites et de leur comportement hydro-élastique. Nous estimons ainsi les paramètres de diffusion de la fibre de lin et des matrices à travers une approche numérique inverse, en décrivant la section et l’ondulation des mèches de lin au sein des deux matériaux. Nous montrons en particulier que les composites non vieillis présentent un comportement mécanique proche de l'effet Kaiser. Cependant, les composites vieillis présentent clairement un effet Felicity, ce qui indique la présence significative d’endommagements induits par l’absorption d'eau. Nous affirmons enfin que l’analyse numérique permet d’identifier d’importantes concentrations de contraintes pouvant induire des endommagements microstructuraux au sein des composites étudiés.

  • Titre traduit

    Experimental study and modelling of the durability of flax fibre reinforced biocomposites


  • Résumé

    In this thesis work, we study the durability of two twill flax fabrics reinforced thermosetting and thermoplastic composites. Firstly, the diffusion behaviour of these composites is investigated by identifying their 3D Fick’s and Langmuir’s diffusion parameters using an optimization algorithm. The influence of several geometric parameters and fibre orientation on their 3D moisture diffusion is also studied. Then, we analyse the effect of water ageing on their elastic and failure properties. Finally, a numerical finite element analysis is performed in order to study their diffusive and hydro-mechanical behaviour. The water diffusion parameters of the flax fibre and the used resins are estimated by a numerical inverse analysis exploiting experimental water uptake data. The heterogeneity of the studied composites is considered by modelling the twill weave fabrics undulation of their unit-cell. In particular, the mechanical behaviour of the unaged composites is found to exhibit a Kaiser effect contrary to the aged materials which exhibit a significant Felicity effect synonymous of substantial damage induced by water ageing. Besides, it is found that high mechanical stress concentrations are developed at the fibre-matrix interface, which could cause damage initiation and lead to the final composite failure.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne (Bibliothèque électronique). Bibliothèque universitaire.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.