Étude du couplage entre diffusion d’eau et comportement mécanique de matériaux composites en milieu marin

Study of the coupling between water diffusion and mechanical behavior of composite materials in marine environment

• Auteur / Autrice : Quentin Dezulier
• Direction : Frédéric Jacquemin, Peter Davies, Alexandre Clément
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique et science des matériaux
• Date : Soutenance le 09/09/2022
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Colin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Casari, Stéphanie Mallarino
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yoann Joliff, Philippe Olivier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fluage

Composites

Matériaux -- Détérioration

Mots clés libres

Couplage hygro-mécanique

Diffusion d’eau

Hygro-mechanical coupling

Water diffusion

Résumé

Les matériaux composites sont fréquemment retrouvés dans le secteur naval et dans les énergies marines renouvelables respectivement pour des applications coques et pales, ayant pour avantages principaux un gain de poids et une résistance à la corrosion vis-à-vis des matériaux métalliques. Cependant leur comportement mécanique à long-terme est encore peu maîtrisé lorsque l’on aborde les notions de couplage hygro-mécanique. Le premier chapitre de ce manuscrit vise à poser le contexte industriel et scientifique qui gravite autour de ce projet. Le second chapitre expose la méthodologie d’étude et les dispositifs expérimentaux utilisés pour répondre aux problématiques scientifiques explicitées précédemment. Le troisième chapitre présente les comportements diffusifs et mécaniques de manière distinctes, avant d’étudier l’influence du vieillissement en milieu humide sur le comportement mécanique quasi-statique. Le chapitre suivant introduit la notion de viscoélasticité en étudiant expérimentalement et numériquement le fluage de matériaux époxy renforcés ou non par des fibres synthétiques, à l’état sec mais également à l’état vieilli. Enfin, ce manuscrit recense les travaux menés autour du fluage à long-terme in-situ pour examiner le couplage hygromécanique sur des éprouvettes spécifiques utilisées sur des bancs d’essais innovants.

Composite materials are frequently found in the naval and renewable marine energy sectors for hull and blade applications respectively, having for main advantages a weight saving and a corrosion resistance compared to metallic materials. However, their long-term mechanical behavior is still poorly understood when dealing with the notions of hygro-mechanical coupling. The first chapter of this manuscript aims at setting the industrial and scientific context of this project. The second chapter presents the study methodology and the experimental devices used to investigate the scientific problems explained above. The third chapter presents the diffusive and mechanical behaviors separately, before studying the influence of aging in wet environment on the quasi-static mechanical behavior. The next chapter introduces the notion of viscoelasticity by studying experimentally and numerically the creep of epoxy materials reinforced or not by synthetic fibers, in both dry and aged states. Finally, this manuscript exposes the work carried out on the long-term creep in water to examine the hygromechanical coupling on specific specimens used on innovative test benches.