Thèse soutenue

Comportement en fluage et recouvrance de composites biosourcés à structure sandwiche en environnement hygrothermique
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Auteur / Autrice : Benjamin Sala
Direction : Vincent PlacetViolaine GuicheretFrédérique Trivaudey
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 26/11/2021
Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
Jury : Président / Présidente : Patrick Ienny
Examinateurs / Examinatrices : Vincent Placet, Violaine Guicheret, Frédérique Trivaudey, Patrick Ienny, Fabienne Touchard, Peter Davies, Mohamed Lamine Boubakar, Damien Soulat
Rapporteurs / Rapporteuses : Fabienne Touchard, Peter Davies

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Les composites à fibres végétales représentent aujourd’hui une alternative aux composites traditionnellement renforcés par des fibres de verre dans la conception de structures performantes et respectueuses de l’environnement. Cependant, ces matériaux biosourcés sont pour l’instant principalement limités à des utilisations non structurales du fait de la méconnaissance de leur comportement à long terme, en particulier sous des conditions environnementales variées et variables. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du projet européen SSUCHY dédié au développement et à l'optimisation de matériaux composites biosourcés pour des applications structurales et multifonctionnelles. L’objectif de la thèse est de caractériser et modéliser le comportement en fluage de composites biosourcés à structure sandwiche dans différentes conditions hygrothermiques. Les structures étudiées sont constituées de deux peaux minces en composites biosourcés entre lesquelles est collé un matériau d’âme léger et respectueux de l’environnement. Les peaux en composite sont constituées de renforts continus en fibres longues de lin et de chanvre et d’une matrice époxydique partiellement biosourcée. Les matériaux d’âmes sélectionnés sont quant à eux des panneaux en bois de balsa, un nid d’abeille en carton et une mousse en PET recyclé.La méthodologie utilisée dans ce travail vise à développer un outil de prédiction fiabiliste du comportement de matériaux sandwichs en se basant sur la caractérisation mécanique à l’échelle de ses constituants, et ce, dans des conditions hygrothermiques ambiante et sévère.Les principaux résultats de ce travail montrent que l’augmentation de la température et de l’humidité relative de l’environnement a pour conséquence une augmentation des niveaux de déformation totale, différée et irréversible des sandwichs et de ses constituants. Pour les composites biosourcés, un comportement singulier, dépendant du niveau de contrainte et des conditions hygrothermiques, est mis en évidence. Il induit des déformations additionnelles et partiellement irréversibles sous chargement de fluage et une rigidification du matériau observable dans la phase de recouvrance. L’augmentation de la déformation en fluage des matériaux d’âme en environnement sévère est, quant à elle, expliquée par l’activation des propriétés viscoélastiques des constituants des âmes. À l’échelle du matériau sandwich, ce travail montre qu’il est possible de développer un matériau biosourcé ayant des performances mécaniques instantanées pouvant rivalisées avec celles d’une solution pétrosourcée usuelle, tout en garantissant une masse et un impact environnemental plus faibles. Une des limitations de ces matériaux réside, cependant, dans la présence de déformations différées notables sous sollicitation de fluage. Celles-ci sont d’autant plus importantes lorsque que la température et l’humidité relative du milieu environnant augmentent. Les résultats collectés montrent aussi que, bien que le comportement et les propriétés mécaniques soit très dispersés à l’échelle des fibres végétales, la variabilité à l’échelle du sandwich et de ses constituants est largement plus faible et comparable à celle mesurée pour des composites traditionnels. L’ensemble des résultats et outils développés dans cette thèse permettront de contribuer à l’avenir à un dimensionnement au plus juste des composites biosourcés à structure sandwiche.