Caractérisation et modélisation du comportement mécanique des structures tissées aux températures cryogéniques

par Christian Kamdem Signe (Kadem Signe)

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Moussa Naït-Abdelaziz.

Soutenue le 20-06-2019

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Unité de mécanique de Lille - Joseph Boussinesq (laboratoire) .


  • Résumé

    L’exploitation et l’utilisation du Gaz Naturel Liquéfié (GNL) connaît un essor croissant dans le monde, d’où un marché en forte expansion avec de nombreux projets d’installation de terminaux méthaniers. Ces installations de gaz naturel liquéfié qui ont la particularité de fonctionner à très basses températures (~ -160°C) pour faciliter son transport nécessitent cependant une maintenance continue sans coupure des vannes d’alimentation en amont ou en aval. Cette étude s’inscrit dans le cadre d’un projet FUI (Fond Unique Interministériel) nommé CRYOBTURE qui vise à concevoir et développer une nouvelle solution d’obturateur gonflable pour faciliter la maintenance des installations pipelines type GNL (Gaz Naturel Liquéfié) à -163°C. Cette solution serait obtenue à partir d’un ballon d’obturation formé de plusieurs couches matériaux composites textiles enduits à même d’obstruer le passage du GNL. Il s’agit donc de rechercher la composition idéale de ces structures tissées qui doivent présenter des caractéristiques mécaniques optimales et en adéquation avec les conditions de fonctionnement, notamment en termes de résistance à la rupture et de déformabilité. Dans un premier temps, il s’agit de caractériser le comportement mécanique en traction de certaines fibres textiles synthétiques aux températures cryogéniques. L’analyse des résultats obtenus a permis de discriminer certaines d’entre elles au regard de leurs propriétés mécaniques et ainsi à faire des choix qui ont été exploités pour l’élaboration des structures tissées. A partir de là, nous avons pu caractériser le comportement mécanique en traction à températures cryogéniques de quelques structures tissées enduites obtenues à partir des fibres précédentes. L’analyse des différents résultats a permis d’envisager plusieurs architectures quant à la conception de l’obturateur et ainsi proposer des choix sur les structures tissées pour chacune des couches composites de l’obturateur GNL. Ces structures présentent en général un comportement orthotrope non linéaire. La modélisation d’un tel comportement nécessite de faire appel à des modèles spécifiques tels que celui de Fung. Nous avons pu ainsi simuler numériquement le comportement mécanique et thermique (en découplé) de l’obturateur modélisé en milieu GNL. Les résultats de ce projet ont montré un certain nombre de limites mais ouvrent des perspectives en termes de transfert vers d’autres secteurs d’application requérant des supports flexibles soumis à des températures cryogéniques.

  • Titre traduit

    Characterization and modeling of mechanical behavior woven structures at cryogenics temperatures


  • Résumé

    The exploitation and use of Liquefied Natural Gas (LNG) is growing worldwide, resulting in a booming market with many LNG terminal installation projects. These liquefied natural gas installations, which operate at very low temperatures (~ -160 ° C) to facilitate its transport, however require continuous maintenance without cutting the supply valves upstream or downstream. This study is a part of a global project funded by the government named CRYOBTURE which aims to design and develop a new solution of inflatable shutter to facilitate the maintenance of LNG (Liquefied Natural Gas) pipeline facilities. This solution would be obtained from a sealing balloon formed of several layers coated textile composite materials capable of obstructing the flow of LNG. Th question is therefore to find the ideal composition and combination of these woven structures which must have optimum mechanical properties and in adequacy with the operating conditions, in particular in terms of breaking strength and deformability. At first, the mechanical behavior in tension of certain synthetic textile fibers was investigated under cryogenic temperatures. The analysis of the obtained results made possible to discriminate some of them with regard to their mechanical properties and thus to make choices that were exploited for the elaboration of the woven structures. From there, we have been able to characterize the tensile mechanical behavior at cryogenic temperatures of some coated woven structures obtained from the previous fibers. The analysis of the various results allows us to consider several architectures for designing the shutter and thus to propose choices on the woven structures for each of the composite layers of the LNG shutter. These structures generally exhibit nonlinear orthotropic behavior. Modeling such behavior requires the use of specific models such as Fung's. We were able to numerically simulate the mechanical and thermal behavior (decoupled) of the shutter in an LNG environment.The results of this project have shown a number of limitations but open up prospects in terms of transfer to other application sectors requiring flexible supports subjected to cryogenic temperatures.


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 des sciences et technologies de Lille. Service commun de la documentation. Bibliothèque virtuelle.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.