Dissertations / Theses: 'Composites à fibres de carbone – Environnement'

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Shi, Yang. "Economie circulaire pour les composites à fibres de carbone : du déchet aéronautique vers les composites carbone+ thermoplastiques recyclés." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2022. http://www.theses.fr/2022BORD0153.

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Abstract:

Depuis leur industrialisation, la production de composites en fibres de carbone augmente de façon continue. Lors du recyclage des composites à fibres de carbone, seules les fibres seront recyclées. La « suppression » de la matrice est réalisée par pyrolyse, solvolyse ou vapo-thermolyse, procédés qui n’entraînent que peu de dégradation des fibres. Afin de susciter une demande pour les fibres de carbone recyclées, il faut donner de la valeur ajoutée aux fibres recyclées en démontrant la faisabilité de fabriquer des pièces composites (fibre recyclée+matrice) de haute qualité.Les architectures de fibres recyclées semi longues avec un très bon alignement ont été produites par la technologie de réalignement brevetée du laboratoire qui permet d’assurer une exploitation optimale des propriétés des fibres de carbone recyclées. Dans le but de maîtriser et d’optimiser les propriétés du nouveau composite (à fibres discontinues), les mécanismes de transfert de charge entre fibres ont été étudiés, et les propriétés utiles de la matrice ont été identifiées. Une attention particulière a été portée au calcul de la longueur de transfert de charge entre deux fibres discontinues en fonction des propriétés de l'interface fibre recyclée / matrice thermoplastique. En effet, notre objectif est non seulement de rechercher des solutions optimales en termes de résistance mais aussi des solutions qui permettent de limiter l’impact environnemental, d’où notre choix des matrices thermoplastiques (y compris recyclées) pour cette étude.Tous les résultats des simulations numériques ont été validés par comparaison avec des résultats expérimentaux. De plus des composites fibres de carbone recyclées/matrice thermoplastique (PA6 et PC) ont été mis en œuvre et testés. Ces matériaux présentent des taux de fibres supérieurs à 50% et offrent de meilleures propriétés mécaniques que les mêmes matériaux avec matrice epoxy.Une analyse environnementale a été propsée sur l’exemple d’une pale d’éolienne portative en comparant les impacts de la matière première, de la fabrication et de la fin de vie d’une pièce réalisée avec différents matériaux (alliage léger, composite fibres de verre, composites à fibres recyclées). Cela démontre l’intérêt des fibres de carbone recyclées associées à une matrice thermoplastique recyclée, pour minimiser l’impact environnemental tout en maximisant les performances mécaniques
Since their industrialization, the production of carbon fiber composites is continuously increasing. When recycling carbon fiber composites, only the fibers are recycled. The matrix is "removed" by pyrolysis, solvolysis or vapour-thermolysis, processes that cause little degradation of the fibres. In order to create a demand for recycled carbon fibers, it is necessary to add value to recycled fibers by demonstrating the feasibility of manufacturing high quality composite parts (recycled fiber + matrix).Semi-long recycled fiber architectures with very good alignment were produced by the laboratory's patented realignment technology that ensures optimal exploitation of recycled carbon fiber properties. In order to control and optimize the properties of the new composite (staple fiber), the mechanisms of load transfer between fibers were studied, and the useful properties of the matrix were identified. Particular attention has been paid to the calculation of the load transfer length between two staple fibers as a function of the properties of the recycled fiber/thermoplastic matrix interface. Indeed, our objective is not only to find optimal solutions in terms of strength but also solutions that allow to limit the environmental impact, hence our choice of thermoplastic matrices (including recycled) for this study.All the results of the numerical simulations were validated by comparison with experimental results. In addition, recycled carbon fiber/thermoplastic matrix composites (PA6 and PC) were implemented and tested. These materials have fiber contents higher than 50% and offer better mechanical properties than the same materials with epoxy matrix.An environmental analysis was performed on the example of a portable wind turbine blade by comparing the impacts of the raw material, manufacturing and end of life of a part made with different materials (light alloy, glass fiber composite, recycled fiber composites). This demonstrates the interest of recycled carbon fibers associated with a recycled thermoplastic matrix, to minimize the environmental impact while maximizing mechanical performance

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Pailler, Christophe. "Étude de la dissymétrie apportée par l'environnement spatial sur un composite multicouche à matrice organique." Toulouse, ENSAE, 1993. http://www.theses.fr/1993ESAE0011.

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Abstract:

Au cours de leurs missions, les véhicules spatiaux évoluent dans une ambiance très complexe dont les multiples composantes sont nocives pour les matériaux employés. Lorsqu’ils sont confrontés à une ambiance spatiale prolongée, les composites organiques subissent une dégradation qui n'est pas uniforme dans l'épaisseur. Dans ce contexte, ils peuvent devenir dissymétriques. Nous nous sommes attachés à provoquer expérimentalement cette dissymétrie sur trois composites multicouche carbone/époxy, puis à étudier son effet sur les propriétés de ces matériaux. Après avoir élaboré les plaques de composite à partir de préimprégnés, nous avons exposé des éprouvettes issues de ces plaques à l'environnement spatial simulé en laboratoire. Les conditions de simulation choisies, cyclage thermique combiné avec irradiation électronique ou bombardement par les atomes d'oxygène, sont respectivement représentatives de l'environnement géostationnaire et d'un environnement en orbite basse. L’utilisation de méthodes de caractérisation ex-situ, nous permet de suivre l'évolution des composites testés en fonction du type et de l'ampleur du vieillissement. Les résultats obtenus montrent que l'action en synergie des électrons et du cyclage thermique provoque une dégradation de la matrice qui porte préjudice aux propriétés des composites. Elle se manifeste par une modification de la structure du réseau moléculaire (coupures de chaînes et réticulations) et par l'apparition ou la multiplication de microfissures. L’impact à grande vitesse des atomes d'oxygène, conduit à une érosion rapide de la surface des composites. Pour une exposition de longue durée en orbite basse, la dissymétrie ainsi occasionnée est à l'origine d'une réduction très importante des propriétés mécaniques des composites et de la stabilité dimensionnelle de la structure.

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Fradet, Guillaume. "Physico-chimie de l’interface fibres/matrice : applications aux composites Carbone/Carbone." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR14948/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur la physico-chimie de l'interface fibre/matrice appliquée aux composites Carbone/Carbone. La surface des fibres de carbone est modifiée par divers traitements de surface (voie gazeuse et voie humide). L'impact de ces différents procédés sur l'état de surface des fibres a été évalué par chromatographie gazeuse en phase inverse à dilution infinie, MEB, AFM, MET, RAMAN… Suite à ces caractérisations, des traitements de surface ont été retenus pour la réalisation de composite C/C. Les propriétés notamment mécaniques des matériaux composites à interfaces modulées (force de la liaison fibre/matrice) ont pu être évaluées. Finalement, il a pu être établi une relation entre modifications de surface des fibres de carbone et comportement macroscopique des composites C/C
This work focuses on the physical chemistry of the fiber/matrix interface applied to composites carbon/carbon. The surface of carbon fibers was modified by various surface treatments. The carbon fibers surface variation was evaluated by inverse gas chromatography at infinite dilution, SEM, AFM, TEM, Raman... After these characterizations, surface treatments were selected for the realization of C/C composites. The mechanical properties of composites at modulated interfaces (fibers/matrix bonding) were evaluated. Finally, a correlation between surface modification of carbon fibers and macroscopic behavior of composite C/C was established

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Breban, Philippe. "Composites aluminium fibres de carbone obtenus par filage." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1990. http://www.theses.fr/1990ECAP0130.

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Abstract:

La plupart des composites à matrice métalliques étudiés à l'heure actuelle sont élaborés par trois technologies principales, dont le coût relativement élevé limite les domaines d'utilisation. Pour palier cet inconvénient, nous avons travaillé à mettre au point un procédé de cofilage en phase solide. L’évolution du procédé nous a permis de résoudre les problèmes d'imprégnation du renfort par la matrice. Dans le cadre de l'optimisation des étapes de fabrication, nous avons étudié l'influence des paramètres suivants sur le comportement et les mécanismes d'endommagement du matériau: longueur des fibres, orientation du renfort et fraction volumique locale. Pour cela nous avons développé une démarche de type micro-macro fondée sur la théorie d'inclusion équivalente d'Eshelby. Nous modélisons ainsi l'influence de la microstructure sur les caractéristiques élastiques, les coefficients de dilatation et la surface seuil d'écoulement. Des calculs par éléments finis sur cellules de base à trois phases complète cette approche. Nous regardons l'influence de la répartition des fibres sur le développement de la plasticité locale. Une configuration de fibres proches de leurs voisines a un rôle prépondérant sur la propagation de l'endommagement qui se produit en tête de fibre. Nous proposons un critère analytique d'initiation de cet endommagement qui prend en compte la distribution de fraction volumique locale dans le matériau. Les résultats sont comparés à des essais de traction dans l'enceinte du microscope électronique à balayage, ou nous pouvons suivre les différentes étapes du processus de rupture. L’outil analytique développé est intégré dans une démarche originale de détermination d'une statistique d'endommagement pour une structure. Nous pouvons, ainsi, donner localement la probabilité d'endommagement d'un volume de composite en fonction de l'observation de ses distributions de microstructure, et du chargement

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Mercier, Sylvie. "Réactivité interfaciale de systèmes aluminium-fibres de carbone et aluminium-fibres céramique." Mulhouse, 1994. http://www.theses.fr/1994MULH0303.

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Abstract:

L'objectif de l'étude est d'apporter une contribution à la compréhension des phénomènes interfaciaux qui interviennent lors de l'élaboration des matériaux composites à renfort fibreux et à matrice aluminium. Les renforts choisis pour cette étude ont été des fibres de carbone, des fibres de carbone protégées, et des fibres à base de carbure de silicium. Ces fibres sous forme de tissu ont été recouvertes d'aluminium par dépôt physique en phase vapeur. Les matériaux ainsi obtenus ont subi des traitements thermiques dans un réacteur couple à un spectromètre de masse. L'existence de réactions entre certains gaz produits par les fibres (CO, CO2) et l'aluminium lorsque la température est supérieure à 650°C a ainsi pu être mise en évidence. Ces réactions se produisent lors de la traversée du dépôt d'aluminium par les gaz issus des fibres et provoquent la formation de carbone d'aluminium. Le carbure d'aluminium est également formé par des réactions entre les espèces solides constituant les fibres et le métal. La quantité de carbure d'aluminium formé à l'interface fibre/métal lors des traitements thermiques a été déterminée par hydrolyse. Il a ainsi pu être montré que le carbure d'aluminium provient essentiellement des réactions entre les solides constituant les fibres et le métal. L'efficacité de divers recouvrements contre la formation de carbure d'aluminium a aussi été étudiée.

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Després, Jean-François. "Les interphases de carbone pyrolytique dans les composites carbone-carbure de silicium." Pau, 1993. http://www.theses.fr/1993PAUU3021.

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Abstract:

Pour conférer des propriétés satisfaisantes à un composite où sont unis fibres de carbone et carbure de silicium, il semble indispensable d'interposer une troisième phase : une interphase de carbone pyrolytique. L'interphase, en améliorant le comportement par un transfert de charge effectif depuis la matrice sur les fibres, n'élève pas systématiquement les niveaux de contrainte et d'allongement à la rupture. Il faut donc, à l'aide du microscope électronique par transmission, rechercher une origine à cette dispersion en étudiant la nanotexture de l'interphase. Ainsi il a été possible d'extraire trois familles de comportement mécanique. La corrélation étant mise en évidence, l'interprétation qu'elle suggère conduit à préférer une liaison pyrocarbone/matrice plutôt de faible force, une liaison trop forte induisant un comportement fragile. Enfin après avoir compris le fonctionnement d'un composite interphase, une ébauche d'étude d'élaboration de pyrocarbone sur substrat plan a examiné les relations textures/paramètres physiques (T et temps). On a pu se rendre compte de la double évolution de l'organisation de la texture qui diminuait pour une augmentation de température ou de la durée du dépôt. Ainsi, pour une loi cinétique simple, la quantité et la qualité du dépôt sont deux aspects antagonistes.

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Lalet, Grégory. "Composites aluminium/fibres de carbone pour l'électronique de puissance." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00538480.

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Abstract:

L'étude a pour objectif l'amélioration de la fiabilité des assemblages électroniques à travers la mise en œuvre de drains composites aluminium/fibres de carbone. Le travail a consisté à 1) modéliser, par la méthode des éléments finis, l'influence des propriétés thermiques et mécaniques du matériau de semelle sur l'assemblage életronique ; 2) élaborer (par frittage sous charge uniaxiale, frittage flash et extrusion à chaud) des matériaux composites aluminium/fibres de carbone ; et 3) lier les microstructures observées aux paramètres des procédés d'élaboration ainsi qu'aux propriétés thermiques et mécaniques mesurées.

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Louys, François. "Rôle des interfaces dans le mécanisme d'oxydation des composites carbone-carbone." Mulhouse, 1985. http://www.theses.fr/1985MULH0000.

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Molleyre, Jean-François. "Modifications texturales de fibres de carbone par oxydation en phase gazeuse, en vue de l'élaboration de composites : modélisation structurale de fibres haut module : propriétés mécaniques des fibres et composites." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1992. http://www.theses.fr/1992INPL001N.

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Abstract:

Les modifications texturales de fibres de carbone ex-pan à haute ténacité et haut module obtenues par une oxydation contrôlée en phase gazeuse, dans l'oxygène dilué et le dioxyde de carbone, sont caractérisées par des études cinétiques, des déterminations de textures poreuses et d'activité chimique de surface. Ces modifications sont illustrées par des modèles concordants basés sur une réactivité de surface. L'évolution texturale et chimique, modifiant faiblement les propriétés mécaniques en traction des monofilaments, permet d'améliorer significativement les caractéristiques de cisaillement de composites élaborés à partir de résine expoxy et de fibres. On discute l'influence de la charge volumique ou massique fibreuse sur les propriétés du composite. La contribution spécifique de l'activité chimique de surface sur le phénomène d'adhésion à l'interface fibre-résine est établie et estimée. Les résultats obtenus et une étude en microscopie électronique à transmission, utilisant tous les modes d'investigation, permettent de proposer un modèle structural pour les fibres de carbone ex-pan haut module, présentant une structure lamellaire plissée tridimensionnelle très orientées, incluant une porosité, dont toutes les dimensions sont déterminées. Ce modèle illustre les caractéristiques mécaniques et texturales observées sur ce type de fibre

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Laurent, Fabrice. "Croissance de nanotubes de carbone sur des fibres de carbone : application aux matériaux composites." Thesis, Mulhouse, 2016. http://www.theses.fr/2016MULH7632/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse s’est inscrit dans le cadre du développement de la technologie flamme oxyacétylénique pour la synthèse de nanotubes de carbone (NTC) au Laboratoire de Physique et Mécanique Textile. La simplicité et l’originalité de ce procédé en font un candidat très sérieux pour envisager la mise en œuvre d’un pilote industriel pour la production de fibres de renforcement multidimensionnelles, notamment composées de fibres de carbone sur lesquelles ont cru de nanotubes de carbone. Ce travail a consisté à :- Réaliser une étude bibliographique sur les procédés de croissance de NTC,- Etablir la preuve de concept de la croissance des nanotubes sur des fibres,- Concevoir et réaliser un dispositif assurant une bonne maîtrise de la croissance,- Mettre au point le procédé de croissance sur des fibres,- Identifier les principaux paramètres influençant la qualité et la quantité des nanotubes,- Caractériser les nanotubes obtenus,- Faire croître ces nanotubes sur des fibres de carbone,- Intégrer des nouveaux matériaux multidimensionnels dans des matrices afin de réaliser des matériaux composites structurels,- Caractériser ces matériaux,- Décrire les mécanismes de croissance dans la flamme.Notre effort a porté sur le traitement des fibres avant exposition à la flamme et à évaluer les conditions de croissance des NTC en faisant varier notamment, la température d’exposition des fibres et la qualité des catalyseurs de croissance. Après synthèse des NTC sur les fibres de carbone et leur caractérisation nous avons réalisé des matériaux composites. Nous avons mesuré que les NTC améliorent significativement le module d’Young des composites mais altèrent sensiblement la contrainte à la rupture. Les propriétés électriques longitudinales et transversales sont améliorées d’un facteur 8 et 5 respectivement. Nous avons proposé des mécanismes de croissance des NTC. Ces mécanismes sont directement en relation avec propriétés physiques et chimiques des particules de catalyseur
The research presented in this work aims to develop the oxyacetylene flame method for the Carbon Nanotubes (CNT) synthesis at the Laboratory of Physics and Mechanics of Textiles. The simplicity and the degree of innovation of this process make of it a serious candidate for manufacturing a pilot in order to produce new kind of tridimensional material made of CNT having grew on carbon fibres. This work consisted of:- Make a bibliographic study,- Establish a proof of concept of the growth of CNT,- Design and manufacture a device allowing process control,- Setup the process of growth on the fibres,- Identify the main parameters influencing CNT quality and quantity,- Characterize CNT,- Assume the CNT growth on carbon fibers,- Integrate these multidimensional materials into an organic matrix to realize structural composite materials,- Characterize these materials,- Describe and explain the growth mechanism in the flame.First, we focused our work on the fibres chemical treatment before flame exposition to evaluate the NTC growth conditions by varying notably, the fibres exposition temperature and the quality of the catalysts. After, the NTC syntheses on carbon fibres (CF) was done. The multidimensional product was characterized par various examinations and analyses. Composite materials were molded with epoxy resin to evaluate mechanical properties of NTC-FC. Young’s modulus was increased and tensile strength at break decreased. Transverse and longitudinal electrical properties were increased by 500 to 800 % respectively. Finally, we proposed NTC growth mechanisms. They are directly linked to the chemical and physical catalyst particles properties

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Oliveira, Nunes Andréa. "Composites renforcés à fibres de carbone : récupération des fibres par vapo-thermolyse, optimisation du procédé." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2015. http://www.theses.fr/2015EMAC0006/document.

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Abstract:

La demande mondiale en fibre de carbone est estimée à 89 000 tonnes en 2020. Une quantité croissante de déchets de composites renforcés à fibres de carbone (PRFC) est donc attendue. Le recyclage des fibres de carbone, produits de forte valeur ajoutée, contenues dans les composites, présente des avantages économiques et environnementaux qui sont aujourd'hui la force motrice pour le développement des filières de recyclage. L'objectif est de récupérer les fibres de carbone afin de pouvoir envisager un réemploi dans d'autres applications. Leurs propriétés mécaniques et structurales doivent alors être le plus proche possible de celles des fibres neuves. C'est dans ce but que le procédé de vapo-thermolyse a été développé au sein du laboratoire RAPSODEE. La vapo-thermolyse est le procédé qui combine la pyrolyse et la vapeur d'eau surchauffée à pression ambiante afin de décomposer la matrice organique du composite. Le travail a consisté à effectuer une étude de l'échelle laboratoire à l'échelle pilote sur la valorisation des composites à fibres de carbone par le procédé de vapo-thermolyse. Notre étude se focalise sur les composites thermoplastiques provenant des chutes de fabrication. Deux types de composites, disponibles en industrie, avec les matrices polyamide 6 et polysulfure de phénylène ont été utilisées. Les analyses thermogravimétriques et l'étude cinétique ont permis une compréhension initiale du comportement thermique des composites et ont prouvé l'efficacité de la présence de la vapeur d'eau. A l'échelle pilote, des plans d'expériences ont été effectués pour déterminer les meilleures conditions opératoires du procédé de vapo-thermolyse, en regardant l'efficacité de la dégradation des résines polymériques et la qualité des fibres obtenues. Les fibres récupérées avec les conditions opératoires optimales sont propres, régulières et similaires aux fibres neuves. Elles conservent plus de 80 % de leur résistance à la traction initiale. Les liquides et gaz sortants du procédé ont été identifiés et quantifiés. A la fin, une analyse du cycle de vie (ACV) a permis de comparer les impacts environnementaux d'un scénario sans recyclage des composites et un autre avec recyclage par le procédé de vapo-thermolyse. Cette étude montre que la valorisation des composites par récupération des fibres de carbone, amène des avantages évidents d'un point de vue environnemental
The global demand for carbon fiber is forecast to rise to 89,000 tonnes by 2020, therefore an increasing amount of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) waste is expect to be generated. Recycling of carbon fibers, a high value added material, from the composite waste offers both environmental and economic incentives for the development of recycling routes. The aim is to recover the carbon fibers, as close as possible to their initial state, in order to envisage a reuse in other applications. For this purpose, steam-themolysis has been developed at RAPSODEE Laboratory. Steam-thermolysis is a process that combines pyrolysis and superheated steam at atmospheric pressure to decompose the organic matrix of the composite. The work consists of a study of recovering carbon fibers by steam-thermolysis of the composites at both the laboratory and pilot scale. In this work the samples under investigation includes thermoplastic composites from manufacturing cut-offs. Two commercially available composites of polyamide and polyphenylene sulfide resins were studied. Thermo-gravimetric analyses and kinetic studies were conducted to understand the thermal behavior of the samples and to prove the efficiency of the steam-thermolysis compared to conventional pyrolysis. At the pilot scale, an experimental design was carried out to determine the best possible operational conditions of the steam-thermolysis process in terms of the removal efficiency of the polymer matrix and the quality of the recovered carbon fibers. The carbon fibers recovered from the optimized steam-thermolysis process presented a resin free and uniform surface. They retained over 80 % of their original tensile strength. The outgoing liquids and gases of the process were identified and quantified. Finally, a life cycle assessment (LCA) was performed to compare a scenario without recycling with one where the composites are recycled by steam-thermolysis. According to this study, the recycling of CFRP, with recovery of carbon fibers, provides clear environmental advantages

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R'Mili, Mohamed. "Application de la mécanique de la rupture au composite carbone-carbone bidirectionnel." Lyon, INSA, 1987. http://www.theses.fr/1987ISALA028.

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Abstract:

Le travail présenté traite de l'application de la mécanique de la rupture au cas des composites carbone-carbone 2D. Le comportement du matériau n'est pas parfaitement fragile et ne peut de ce fait, être décrit par un paramètre unique, mais plutôt par une courbe de résistance à la propagation de la fissure, en fonction de son accroissement. Différentes méthodes de détermination de cette courbe sont décrites. Elles sont basées sur des mesures de complaisances, et d'aires sous la courbe charge-déplacement. Le matériau étudié est un composite carbone-carbone 2D élaboré par la S. E. P. Et la propagation de la fissure est 6tudi6e Suivant les deux configurations : fissure perpendiculaire au renfort, fissure parallèle au renfort. Les résultats montrent que l'analyse non linéaire est plus adaptée. Il apparaît que les courbes de résistance obtenues sont une propriété intrinsèque du matériau.

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Didierjean, Sébastien. "Étude du comportement des matériaux composites carbone-époxy en environnement hygrothermique." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30266.

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Abstract:

Les structures aéronautiques carbone/époxy sont soumises à des environnements extérieurs alliant température et humidité dont la conséquence première est l'absorption par la résine époxy de molécules d'eau. Dans un premier temps, un modèle de propagation des molécules d'eau a été mis en place. Son intérêt se situe dans la prise en compte de la réaction chimique d'hydrolyse des groupements époxydes non-réticulés au sein de la résine qui vient se coupler au mécanisme de diffusion de Fick. Une seconde partie traite des effets de la présence locale des molécules d'eau sur les modules d'élasticité d'un pli élémentaire composite. Le niveau de concentration en eau donne le degré de plastification de la résine époxy par l'intermédiaire de la baisse de sa température de simple ramolissement. L'utilisation d'un modèle micro-mécanique permet alors d'obtenir les évolutions des modules d'élasticité d'un pli composite. Le troisième volet de ces travaux concerne l'étude des effets des environnements hygrothermiques cyclés et montre le caractère spécifique de ce type de sollicitations par rapport à un chargement monotone, notamment en terme d'endommagement du composite
The carbon/epoxy aeronautical structures are subjected to outside environments combining both temperature and humidity therefore these materials are subject to water molecules sorption by the epoxy resin. First, a model of the water propagation was implemented. It takes account of the effect of the hydrolysis taking place between the water molecules and the epoxide groups that have not been cured. This mechanism is coupled with a Fickean diffusion. The second part deals with the effects of the local water molecules presence on the elastic modulus of an elementary composite ply. The local level of water concentration is responsible for the plasticization of the polymer matrix represented by the decrease of its Simple Softening Temperature. The use of a Micro-Mechanical model of homogenization allowed to directly assess the evolutions of the elastic properties of an elementary ply. The third part is about the study of the cyclic hygrothermal environments and shows how the effects of that type of loads are different compared to their equivalent monotonous solicitations. Special attention is given to the effect on damage behaviour of the material

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Berthet, Florentin. "Contribution à l'étude de l'influence des paramètres de mise en œuvre et de constitution sur les propriétés mécaniques de composites carbone/epoxy injectés sur renfort (r. T. M. )." ENSMP, 1998. http://www.theses.fr/1998ENMP0798.

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Abstract:

Dans le domaine des structures aéronautiques, la qualification des pièces implique celle des procédés d’élaboration. L'objectif de l’étude est d’évaluer l'influence des paramètres de mise en œuvre et de constitution sur les propriétés mécaniques de composites structuraux carbone/epoxy injectés sur renfort (r. T. M. ). L'étude utilise largement la méthode des plans d’expériences. Elle se compose principalement de deux plans d’expériences successifs. La température, la pression (injection, maintien), le taux de poudrage (liant), la taille des mèches et le type d'injection sont étudiés dans leurs relations au comportement du composite (cisaillement, flexion, compression trouée, compression apres impact). Le taux de poudrage apparaît particulièrement pénalisant sur les propriétés à chaud. Des simulations numériques de l’écoulement par la méthode des éléments finis ont également été réalisées. Elles démontrent que le front de résine est une zone de perturbation. De plus, la méthode des éléments frontières est évaluée et se confronte correctement aux résultats analytiques. La couture ainsi que le poudrage (taux, type) sont ensuite étudiés dans leurs relations au comportement en compression après impact, et aux taux de restitution d’énergie en mode i et en mode ii. L'incidence du type de poudrage sur ces propriétés s’avère importante. Les résistances résiduelles en compression après impact sont essentiellement conditionnées par la couture et le type du poudrage (liant) employé. L'étude démontre également qu'un choc ne peut être uniquement défini par son énergie d'impact.

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Pelletier, Sandrine. "Elaboration et caractérisation de composites C/AL : infiltration de mèches de fibres traitées." Paris, ENMP, 1994. http://www.theses.fr/1994ENMP0512.

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Abstract:

Cette etude porte sur la mise au point d'un procede d'elaboration par voie liquide de fils composites c/al. Le principe repose sur un defilement en continu des fibres dans le bain (temps de contact inferieur a 10s). L'absence de mouillage entre le carbone et l'aluminium ainsi que l'attaque des fibres par le metal rendent necessaires les traitements de surface et nous ont amenes a etudier les aspects capillaires et interfaciaux. Les meches ont ainsi ete traitees au k#2zrf#6, agent mouillant des renforts ceramiques par l'aluminium, et les fibres sont protegees par une couche de 50nm de carbures tic, sic ou b#4c deposes par c. V. D. Reactive. Si le traitement aux fluorures se revele indispensable pour la reussite de l'elaboration, son efficacite est conditionnee par la nature chimique de la surface des fibres. La quantite de fluorures necessaire a l'infiltration varie de 1. 5mg/cm#2 pour les fibres non revetues a 0. 3mg/cm#2 pour les fibres traitees tic. Ces differences ont ete expliquees dans le cadre de la theorie du mouillage entre les ceramiques et les metaux en detaillant le role des elements presents a l'interface et des reactions dans le mecanisme d'infiltration. La comprehension des phenomenes de germination et de croissance des carbures d'aluminium nous a permis de cerner les limites de l'elaboration de ces composites par voie liquide. Nous avons ainsi etabli une relation directe entre la reactivite de la fibre t300 et la structure des cristallites de graphite qui la constitue. Enfin, l'interet que presente un depot protecteur de carbure tant pour l'infiltration que pour les proprietes mecaniques des fibres revetues, des fils et des plaques elabores est discute a l'aide d'essais de traction et d'observations microstructurales. La faiblesse relative des contraintes a rupture des fils obtenues (400mpa) est due a l'existence de liaisons fortes entre la fibre, le depot et la matrice et non a l'utilisation du k#2zrf#6 ou a une degradation des fibres par le metal

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DANDINE, GILLES. "Influence sur les proprietes mecaniques des composites carbone/epoxy des traitements aminant de fibres de carbone." Paris 6, 1992. http://www.theses.fr/1992PA066446.

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Abstract:

Des nouveaux traitements de surface de fibres de carbone par voie electrochimique ont ete developpes a l'onera. Leur but est de greffer en surface des fibres des molecules contenant des fonctions aminees susceptibles de reagir avec les cycles epoxy des resines lors de la realisation d'un composite et d'ameliorer ainsi les proprietes mecaniques de l'interface fibre-matrice. La realisation d'une cellule pilote de traitement de fibres en continu nous a permis d'obtenir un taux d'azote important en surface, controle par esca, y compris sur des fibres deja traitees commercialement et ensimees. Nous avons realise un ensemble d'essais mecaniques avec des fibres traitees a la triethylenetetramine dans le but d'apprecier l'influence des traitements sur des proprietes des composites. A titre de comparaison, les memes essais ont ete realises sur des composites avec la meme fibre non traitee mais ayant subi un traitement oxydant, (fibres courtaulds xau-hsii et courtaulds xas). Nous avons utilise pour l'ensemble de ces essais epoxy fragile (narmco 5208). Pour certains essais (gic, fragmentation, traction sur meche impregnee durcie), nous avons pu tester outre la resine narmco 5208, deux autres resines: une epoxy modifiee (structil da 508) et une bmi modifiee (narmco 5245) soit neuf systemes fibre-matrice. Les traitements aminants, s'ils ameliorent moins que les traitements oxydants les proprietes d'adhesion fibre-matrice, permettent d'augmenter de facon significative la tenacite du materiau. Des etudes en microscopie electronique en transmission montrent qu'ils modifient de maniere moins importante, la microtexture et la microstructure de la fibre par rapport aux traitements oxydants

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Plaisantin, Hervé. "Etude de la carbonisation de fibres cellulosiques." Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR12167.

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Abstract:

Les fibres de carbone isotropes issues des précurseurs cellulosiques sont utilisées comme renfort des matériaux d'ablation de l'industrie aérospatiale. Elles sont conventionnellement élaborées selon un procédé caractérisé par une étape de pyrolyse lente. L'utilisation d'additifs organosiliciés lors de l'élaboration de ce type de fibres de carbone présente des avantages indéniables, mis en évidence au cours de ce travail de thèse. D'une part, elle rend possible, en évitant les collages interfibreux, la carbonisation de différents précurseurs, couvrant la gamme des celluloses régénérées, selon un procédé original caractérisé par une durée courte de l'étape de pyrolyse. D'autre part, elle améliore significativement la résistance à rupture des fibres de carbone. Enfin, elle permet l'application d'une tension mécanique pendant l'ensemble de la carbonisation, et l'amélioration de la rigidité des fibres de carbone qui en découle. Il a été ainsi possible, en exploitant les effets des additifs organosiliciés, d'élaborer un ensemble de fibres ex-cellulose qui présente une grande étendue de caractéristiques mécaniques, inhabituelles pour ce type de fibres de carbone élaborées à 1200ʿC. De plus, l'étude conjointe (i) de l'effet de différents additifs organosiliciés (se distinguant par leurs caractéristiques physiques et leur structure chimique) sur les propriétés mécaniques des fibres et des fils, et (ii) de l'interaction. Chimique se produisant entre l'additif et la fibre au cours du traitement thermique a permis d'identifier les processus physicochimiques à l'origine de l'action de l'additif.

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Plaisantin, Hervé. "Etude de la carbonisation de fibres cellulosiques." Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR10668.

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Abstract:

Les fibres de carbone isotropes issues des précurseurs cellulosiques sont utilisées comme renfort des matériaux d'ablation de l'industrie aérospatiale. Elles sont conventionnellement élaborées selon un procédé caractérisé par une étape de pyrolyse lente. L'utilisation d'additifs organosiliciés lors de l'élaboration de ce type de fibres de carbone présente des avantages indéniables, mis en évidence au cours de ce travail de thèse. D'une part, elle rend possible, en évitant les collages interfibreux, la carbonisation de différents précurseurs, couvrant la gamme des celluloses régénérées, selon un procédé original caractérisé par une durée courte de l'étape de pyrolyse. D'autre part, elle améliore significativement la résistance à rupture des fibres de carbone. Enfin, elle permet l'application d'une tension mécanique pendant l'ensemble de la carbonisation, et l'amélioration de la rigidité des fibres de carbone qui en découle. Il a été ainsi possible, en exploitant les effets des additifs organosiliciés, d'élaborer un ensemble de fibres ex-cellulose qui présente une grande étendue de caractéristiques mécaniques, inhabituelles pour ce type de fibres de carbone élaborées à 1200ʿC. De plus, l'étude conjointe (i) de l'effet de différents additifs organosiliciés (se distinguant par leurs caractéristiques physiques et leur structure chimique) sur les propriétés mécaniques des fibres et des fils, et (ii) de l'interaction. Chimique se produisant entre l'additif et la fibre au cours du traitement thermique a permis d'identifier les processus physicochimiques à l'origine de l'action de l'additif.

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Souquet-Grumey, Julien. "Fonctionnalisation de nouveaux composites carbone-carbone et leur valorisation en catalyse hétérogène." Poitiers, 2010. http://www.theses.fr/2010POIT2316.

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Vincent, Cécile Silvain Jean-François Heintz Jean-Marc. "Le composite cuivre / nanofibres de carbone." [S. l.] : Bordeaux 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00377607.

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Caramaro, Laurence. "Cristallisation du polysulfure de phénylène en présence de fibres de carbone : application à des composites unidirectionnels PPS-carbone." Lyon 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LYO10184.

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Abstract:

Dans le but d'etablir des relations structure/proprietes dans des composites unidirectionnels polysulfure de phenylene/fibres de carbone, les aspects thermodynamique et cinetique de la cristallisation du pps seul et en presence de fibres ont ete etudies. Pour cette etude, les techniques suivantes ont ete mises en uvre: analyse enthalpimetrique differentielle, microscopie optique a lumiere polarisee, microscopie electronique a balayage et a transmission, diffraction des rayons x et des electrons, mesures mecaniques statiques (flexion trois points, delaminage en mode ii), mesures dynamiques (visco-elasticimetrie). Sur des eprouvettes modeles, le role d'agents nucleants des fibres de carbone, les conditions d'obtention d'une phase transcristalline ont pu etre definies. Au vue de l'ensemble des resultats, il parait possible, en controlant notamment les cycles de fusion cristallisation, d'optimiser les performances mecaniques du composite

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Grimaud, Richard. "Modélisation du comportement non linéaire d'un composite carbone-carbone 3D." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1992. http://www.theses.fr/1992ECDL0039.

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Abstract:

Ce travail concerne la modélisation du comportement des matériaux composites tridirectionnels au-delà du domaine linéaire. On interprète cette non-linéarité par une diminution de la rigidité élastique et par l'apparition de déformations résiduelles. On propose alors plusieurs modèles couplant élasticité, plasticité et endommagement qui permettent de reconstituer le comportement mécanique moyen. Nous disposons pour illustrer ces modèles des résultats d'essais de traction hors axes avec décharges élastiques et mesures des déformations transversales d'un composite carbone-carbone. L’intérêt de ce type d'essai est qu'il induit dans les directions d'orthotropie des contraintes de cisaillement. Après quelques généralités sur les matériaux composites tridirectionnels nous développons les bases thermodynamiques et phénoménologiques qui nous ont servi à mettre en place nos modèles. Nous insisterons tout particulièrement sur la description de l'endommagement. Nous présentons ensuite nos deux modèles de comportement (découplé et couple) dans le cadre général des matériaux standards généralisés. Nous terminons enfin par l'identification et à la validation de ces lois sur des essais fournis par la société européenne de propulsion de bordeaux (S. E. P. )

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Rossignol, Jean-Yves. "Sur des matériaux composites céramique-céramique à renfort bidirectionnel de fibres de carbone et à matrice hybride carbone-carbure ou carbone-nitrure élaborés par CVI." Bordeaux 1, 1985. http://www.theses.fr/1985BOR10560.

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Este, Alexia. "Modélisation de l’endommagement d’un composite 3D carbone/carbone : comportement à température ambiante." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0006/document.

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Abstract:

Les composites 3D C/C sont utilisés dans l’industrie aérospatiale ou nucléaire pour leurstrès bonnes propriétés mécaniques à haute température. Afin d’assurer une intégrité optimaledes structures, la connaissance du comportement mécanique du composite, et plus particulièrementde ses mécanismes de rupture, est essentielle.Dans ce but, ce travail présente une modélisation de l’endommagement d’un composite3D C/C à température ambiante. Pour cela, une approche de modélisation à l’échelle mésoscopiquea été adoptée. A cette échelle, le composite 3D C/C présente deux types deconstituants : les baguettes de fibres de carbone et la matrice carbonée. Le comportement dechacun de ces méso-constituants est modélisé par une loi de comportement élastique endommageable(isotrope pour la matrice, orthotrope pour les baguettes) nécessitant un nombrede paramètres restreint. L’identification de ces paramètres repose sur des données expérimentalestirées de travaux antérieurs ainsi que celles issues d’une campagne expérimentale,menée durant la thèse, visant à compléter la connaissance du comportement mécanique ducomposite 3D C/C à l’échelle mésoscopique. Par ailleurs, des essais macroscopiques ont étéréalisés afin de valider le modèle développé. Les réponses expérimentales d’essais de flexion4 points et de flexion 3 points sont notamment bien reproduites par le méso-modèle
3D C/C composites are commonly employed in aerospace industry due to their outstandingmechanical properties at high temperatures. In order to ensure the integrity of structures,knowledge of the composite mechanical behaviour and fracture mechanisms is crucial.For this purpose, damage modeling of a 3D C/C composite, at room temperature, isproposed in which a meso-scale approach is considered. At this description scale, 3D C/Ccomposites are made of two materials : carbon fibers yarns and carbon matrix. Each materialbehavior is modeled by an elastic damage law (isotropic for matrix, orthotropic for yarns)with a limited number of parameters.The parameters identification process is based on experimentaldata obtained from previous work and from an experimental campaign carried outthrough this thesis work. This campaign aimed to a greater understanding of the materialmechanical behavior at mesoscopic scale. Furthermore, experimental tests were carried outto validate the composite modeling. It is shown that experimental reponses obtained fromfour-point and three-point bending tests are particularly well described from the proposedmesoscopic model

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Reyes, José Gonzalo Gonzalez. "Réactivité et caractérisation microstructurale à l'interface B4C/Al. : Application aux composites à fibres de carbone." Lyon, INSA, 1993. http://www.theses.fr/1993ISAL0044.

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Abstract:

Ce travail a pour contexte général le problème connu de la réactivité chimique de 1 'aluminium vis à vis du carbone notamment lors de l'élaboration de matériaux composites à matrice métallique. Nous avons examiné, dans un cas simplifié, l'efficacité d'un revêtement de B4C pour la protection des fibres de carbone. Nous avons entrepris une étude de la réactivité chimique de B4C en contact avec l'aluminium à des températures comprises entre 900 et 1273K. Nous avons mis en évidence la formation d'une nouvelle phase cristallisée à l'interface B4C-Al. Après caractérisation par diffraction RX, MET et HREM ; Nous proposons un modèle de structure pour cette nouvelle phase. Par ailleurs, nous avons examiné les conditions théoriques et expérimentales permettant l'obtention de revêtements de carbure de bore homogène pas CVD et R. C. V. D. Sur de substrats en carbone. Les dépôts de B C ont été examinés y pris en coupes transverses par les techniques de microanalyse X, de MEB et de MET
A general study has been conducted with the aim of employing boron carbide coated/carbon fibres for the manufacture of aluminium base matrix composites. Specimens prepared from B4C/Al powder mixture exhibited attacked zones in temperatures ranging from 900 to 1273K. A new compound is formed at B4C/Al interface. After analysis by XRD, TEM and HREM a structural model for this compound is proposed. We also examine the theoretical and experimental conditions in C. V. D. And R. C. V. D. Giving a homogeneous boron carbide coat over a carbon substrate. Boron carbide coating was examined in cross section view by EPMA, TEM and SEM techniques

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El, Maliki Anas. "Etude micromécanique des interfaces fibre de carbone/élastomère dans des matériaux composites modèles." Mulhouse, 1994. http://www.theses.fr/1994MULH0323.

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Abstract:

L'utilisation croissante de matériaux composites renforcés par des fibres de carbone et, principalement, ceux à base d'élastomères requiert la maîtrise des phénomènes interfaciaux entre la fibre et la matrice. Le but de cette étude est d'évaluer la capacité interfaciale de transfert de charge mécanique de la matrice à la fibre dans des composites modèles à monofilament au moyen du test de fragmentation. Des systèmes constitués de fibres de carbone de haute résistance et de matrices à caractère élastomère ont été étudiés. La plupart des résultats ont été analysés en accord avec un modèle récent reliant la résistance au cisaillement interfacial à l'énergie réversible d'adhésion W, montrant que les interactions physico-chimiques entre la fibre et la matrice déterminent, pour une large part, le comportement mécanique de l'interface. Cependant pour les systèmes fibre-matrice considérés, le résultat majeur est que les valeurs expérimentales DE s'écartent considérablement des prévisions théoriques. Les modèles micromécaniques retenus dans cette étude et concernant l'influence sur le processus de fragmentation soit d'un phénomène de friction apres décohésion interfaciale, soit de la contribution des énergies cohésives des matériaux en présence, n'ont pu expliquer que très partiellement les résultats obtenus. Lors du test de fragmentation, un effet viscoélastique dissipatif dépendant de la vitesse d'élongation et de la température, ne peut être totalement exclu, et montrerait si l'on se place dans l'analyse de de Gennes, que la vitesse du processus de rupture à l'interface fibre-matrice est élevée. Toutefois, l'hypothèse de la présence d'une interphase de type vitreux a toute température reste la plus prometteuse pour expliquer un tel comportement. Ces interphases, analysées également dans d'autres études, interviendraient alors sur le processus de fragmentation par le biais de leur module d'élasticite. L'ensemble des résultats obtenus a ainsi trouvé une explication logique. D'autre part, il est concevable que l'existence d'une telle couche interfaciale au voisinage des fibres puisse affecter les performances finales de tels matériaux

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Zhang, Jing. "Différents traitements de surface des fibres de carbone et leur influence sur les propriétés à l'interface dans les composites fibres de carbone/résine époxyde." Thesis, Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2012. http://www.theses.fr/2012ECAP0038/document.

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Abstract:

Les matériaux composites à base de fibres de carbone (CF) sont actuellement très utilises dans le domaine de l’aérospatiale, de la construction et du sport grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques, une faible densité et une haute stabilité thermique. Les propriétés des composites dépendent fortement de la nature et de la qualité de l’interface fibre/matrice. Une bonne adhérence interfaciale permet un meilleur transfert de charge entre la matrice et les fibres. Les CFs sans traitement sont chimiquement inertes et présentent donc une faible adhérence vis-à-vis de la résine époxyde. Par ailleurs, les faibles propriétés transversales et interlaminaires limitent sensiblement la performance et la durée de vie des composites. Par conséquent, un type de renfort à base de fibres traitées est fortement souhaité pour améliorer les propriétés globales des composites, en particulier l'adhésion interfaciale entre les fibres et la matrice. Dans cette thèse, trois types de traitement de surface, l’ensimage, le traitement thermique et la croissance de nanotubes (CNTs), ont été appliqués aux CFs. En particulier, les CFs greffées de CNTs, se combinant avec les deux autres traitements, montrent la meilleure adhérence interfaciale avec la matrice époxyde. L’ensimage proposé peut améliorer la performance du CNT-CF hybride et minimiser les dommages aux fibres lors de la manipulation ultérieure tels que le transport et la préparation de composites. Tout d’abord, l’ensimage a été réalisé sur la surface des fibres par dépôt de résine époxyde en solution. L’ensimage permet de protéger les filaments au cours de la mise en oeuvre et favorise également la liaison fibre/matrice. Différentes formulations d’ensimage selon les proportions époxy/durcisseur ont été utilisées. La quantité d'ensimage déposée sur les fibres de carbone a été contrôlée en faisant varier la concentration de la solution d’ensimage. Ensuite, un traitement thermique, effectué sous un mélange de gaz à 600-750 oC, a permis de modifier la surface des CFs. L'influence de la composition du gaz, du temps de traitement et de la température sur les propriétés interfaciales des composites CFs/époxy a été systématiquement quantifiée. Enfin, des CNTs ont été greffés sur les CFs par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur en continu afin d’obtenir un nouveau type de renfort hybride multi-échelle. Les CNTs greffés permettent d’augmenter la surface de contact et d’améliorer l’accrochage mécanique de la fibre avec la résine. De plus, ils pourraient améliorer la résistance au délaminage, les propriétés électriques et thermiques des composites. Les CFs greffées de CNTs de différentes morphologies et densités ont été produites en faisant varier les conditions de croissance. Après le traitement de surface, les essais de fragmentation ont été menés afin d’évaluer la résistance au cisaillement interfacial (IFSS) des composites CFs/époxy. Par rapport aux fibres vierges, l’ensimage et le traitement thermique ont contribué à une augmentation de l'IFSS de 35% et de 75%, respectivement. L'adhésion interfaciale entre la matrice époxyde et les fibres greffées avec CNTs pourrait être adaptée en faisant varier la morphologie, la densité de nombre et la longueur de CNT. Les CFs greffées avec 2% en masse de CNTs (10nm de diamètre) ont entraîné une amélioration de l'IFSS de 60%. Un traitement thermique et un ensimage pourraient contribuer à une augmentation supplémentaire de 108%. Il convient de mentionner que la dégradation des fibres n’a pas été observée après les divers traitements précédemment évoqués. Les résultats de ces travaux pourraient mener au développement de ces techniques à plus grande échelle pour la conception de structures à base de composites CFs/époxy
Carbon fiber (CF)-reinforced polymer composites are widely used in aerospace, construction and sporting goods due to their outstanding mechanical properties, light weight and high thermal stabilities. Their overall performance significantly depends on the quality of the fiber-matrix interface. A good interfacial adhesion provides efficient load transfer between matrix and fiber. Unfortunately, untreated CFs normally are extremely inert and have poor adhesion to resin matrices. Meanwhile, poor transverse and interlaminar properties greatly limit the composite performance and service life. Therefore, a new kind of fiber-based reinforcement is highly desired to improve the overall composite properties, especially the interfacial adhesion between fiber and matrix. In this thesis, three kinds of surface treatment, including sizing, heat treatment and carbon nanotube (CNT) growth, were applied to CFs. In particular, CFs grafted with CNTs, combining with the other two treatments demonstrate superior interfacial adhesion to the tested epoxy matrix. The proposed epoxy sizing can improve the CNT-CF hybrid performance and prevent fiber damage during the subsequent handling such as transport and composite preparation. Firstly, epoxy-based sizing was applied onto the CF surface by the deposition from polymer solutions. Sizing could not only protect the carbon fiber surface from damage during processing but also improve their wettability to polymer matrix. A detailed study was conducted on the influence of the ratio of epoxy and amine curing agent in the sizing formulation. The sizing level on the fiber surface was controlled by varying the concentration of polymer solutions. Secondly, heat treatment in a gas mixture at 600-750 oC was used to modify the carbon fiber surface. The effect of gas mixture composition, treatment time and temperature on the interface was evaluated systematically. Thirdly, CNTs were in-situ grafted on the carbon fiber surface by a continuous chemical vapour deposition (CVD) process to obtain hierarchical reinforcement structures. These hybrid structures have the potential to improve the interfacial strength of fiber/epoxy composites due to the increased lateral support of the load-bearing fibers. Meanwhile, the CNT reinforcement could improve the composite delamination resistance, electrical and thermal properties. The CF grown with CNTs of different morphologies and densities were produced by varying CVD conditions. After the surface treatment, single fiber fragmentation test was used to assess the interfacial shear strength (IFSS) of carbon fiber/epoxy composites. Compared with the as-received CFs, the epoxy sizing and the heat treatment contributed to an improvement in IFSS of up to 35% and 75%, respectively. The interfacial adhesion between epoxy matrix and CNT-grafted fibers could be tailored by varying the CNT morphology, number density and length. The CFs grafted with 2 wt% CNTs of 10 nm in diameter resulted in an improvement in IFSS of around 60%. A further heat treatment and epoxy sizing could contribute to an additional increase of 108%. It’s worth to mention that no significant strength degradation of the fibers was observed after the surface treatments. This work could support the development of large-scale approach to CF surface treatment, and throw light on the design of structurally efficient CF/epoxy composites

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Sabouret, Eric. "Composites à matrice nitrure de silicium et fibres de carbone : élaboration, comportement mécanique." Limoges, 1996. http://www.theses.fr/1996LIMO0017.

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Abstract:

Ces recherches portent sur l'elaboration et l'etude du comportement mecanique en flexion de composites unidirectionnels a matrice nitrure de silicium et fibres de carbone. Un protocole d'elaboration a ete etabli. Un systeme de filtration sous pression a ete utilise pour consolider les preimpregnes. Les conditions experimentales de mise en suspension de poudres ceramiques (charge de surface des particules, viscosite, tension de surface) ont ete optimisees afin d'obtenir des corps en cru denses et homogenes. La diminution de la temperature de frittage ainsi que l'application d'une pression mecanique des 1300c ont permis de reduire considerablement la reaction chimique fibres-matrice lors de l'elaboration. Les conditions de preparation et les parametres de frittage sous charge ont ete precises. Les contraintes mecaniques residuelles d'origine thermique ont ete determinees par diffraction des rayons x et calculees a l'aide d'un modele analytique. Ces contraintes de traction axiale dans la matrice ont ete reduites grace a l'utilisation de fibres de carbone bas module (120 gpa) pour eviter la multifissuration matricielle lors de l'elaboration. Des revetements de carbone pyrolitique et de carbure de silicium ont ete deposes sur les fibres afin de modifier les proprietes de l'interface fibre-matrice. Les courbes contrainte-deplacement de composites unidirectionnels ont mis en evidence l'influence du renfort, des conditions de frittage et de la nature de l'interphase sur le comportement mecanique des composites. Des essais de charge-decharge en flexion ont permis de comparer les proprietes interfaciales des differents composites

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Fontaine, Pauline. "Traitement thermique de recyclage appliqué aux composites carbone/PEEK et aux mélanges de composites renforcés carbone. Solutions alternatives de valorisation des fibres recyclées." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2020. http://www.theses.fr/2020EMAC0015.

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Abstract:

Les composites renforcés à fibres de carbone (CRFC) sont des matériaux de haute technicité appliqués à de nombreux domaines, du sport à l’aéronautique. Cette dernière décennie a vu leur demande croitre continuellement, générant en conséquence une augmentation du volume de déchets. Incités par les directives Européennes sur la gestion des déchets, des traitements thermiques de recyclage industriel ont été développés afin de récupérer les fibres de carbone issues des CFRC, principalement à matrice thermodurcissable. Actuellement, les CRFC en développement et/ou de dernières générations, utilisent des matrices thermostables telles que le Poly Ether Ether Cétone (PEEK). Une partie des travaux de thèse consiste à étudier la faisabilité de recyclage de ce composite thermostable, seul et en mélange avec d’autres types de composites à matrice thermodurcissable et thermoplastique. Un pilote semi-industriel a été employé sous atmosphères inerte (pyrolyse) et réactives (vapo-thermolyse et air). Les premiers résultats sur des mélanges ont montré que sous atmosphère inerte la récupération des fibres de carbone issues des matrices thermostables est quasi impossible. A l’inverse, les essais sur les composites PEEK en atmosphères oxydantes permettent l’extraction de la fibre mais induisent des modifications morphologiques et chimiques de la surface ainsi qu’une réduction de la résistance en traction. Les travaux de thèse se focalisent également sur des solutions alternatives de valorisation des fibres de carbone recyclées. Ces fibres ont été recouvertes de nanocellulose en tant qu’agent d’ensimage, en vue de leur réutilisation dans de nouvelles formulations. La perte de propriétés mécaniques induite par le recyclage a été partiellement compensée par ce traitement de surface. Des fibres recyclées ont également été incorporées dans un composite à renfort naturel de jute et matrice PA6 dans le but de créer un composite hybride offrant des propriétés équilibrées en termes de résistance, prix et impact écologique
Carbon Fiber Reinforced Composites (CFRC) are high technical materials applied in various fields from sports to aeronautics. During the last decade, the demand of CFRC has extended significantly resulting in increasing the volume of composite waste generated each year. Incited by European directives, thermal recycling treatments have been developed at industrial scale to recover carbon fibers, mostly from thermosetting composites. Nowadays CFRP in development used thermoresistant resins such as Poly Ether Ether Ketone (PEEK). Part of this work is to study the recycling feasibility of this type of CFRP alone and mixed with thermosetting and thermoplastics matrix based composites. Semi-industrial pilot was used in inert (pyrolysis) and reactive (steam-thermolysis, oxydation) atmosphere conditions. First results of mixture perform in nitrogen have revealed that inert atmosphere cannot allow the recovery of carbon fibers from thermoresistant resins. On the contrary trials on PEEK in oxydative atmospheres enable the extraction of fiber, but induce morphological and chemical modifications and tensile strength reduction. New approach on the recycled carbon fiber valorization have also been studied. These fibers have been coated by nanocellulose as sizing agent for their reuse in new composite formulations. Mechanical properties loss induce by recycling have been offset thank to this surface treatment. Recycled fibers was also incorporate in jute/PA6 composite to create a hybrid composite with balance properties in terms of strength, price and environmental impact

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GAUTIER, LUDMILA. "Endommagement osmotique de composites fibres de verre-matrices polyester insature en environnement humide." Paris, ENSAM, 1999. http://www.theses.fr/1999ENAM0026.

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Abstract:

Les materiaux composites a matrice polyester insature et renfort fibre de verre trouvent des applications dans la realisation de structures de grandes dimensions pour la construction navale. L'environnement humide, particulierement reactif vis-a-vis de ces composites, diminue la durabilite de ces materiaux. L'un des mecanismes preponderants de degradation susceptibles de reduire les proprietes mecaniques du composite est la fissuration osmotique de la matrice. L'objectif de cette these est donc d'etudier en detail la microcavitation des matrices, dans sa phase d'amorcage et de propagation, d'evaluer ensuite l'incidence de l'endommagement osmotique sur les proprietes mecaniques de la matrice et du composite afin de construire une methode de prevision de duree de vie. L'etude de l'etape d'amorcage conduit a la proposition d'un nouveau mecanisme : la nucleation des fissures resulte de la demixtion polymere-petites molecules organiques (pmo), ces dernieres etant generees pour l'essentiel par l'hydrolyse du polyester. L'etablissement d'un modele cinetique permet de rendre compte, au moins de facon semi-quantitative, de tous les resultats relatifs a la relation structure-stabilite des polyesters. Une etude cinetique de la propagation permet de faire le lien entre la cinetique d'endommagement (propagation de fissures) et la cinetique chimique (accumulation de pmo). Enfin, les proprietes mecaniques de la matrice et du composite sont correlees aux donnees relatives a l'endommagement osmotique. Le temps d'induction de la fissuration dans la matrice pourrait constituer un critere de fin de vie.

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Hammel, Éric. "Prothèse totale de hanche à composant fémoral carbone-carbone : bilan à cinq ans." Bordeaux 2, 1990. http://www.theses.fr/1990BOR25223.

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Pailhes, Jérôme. "Comportement mécanique sous sollicitations multi-axiales d'un composite carbone-carbone." Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR12152.

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Abstract:

Les performances thermomécaniques des composites carbone/carbone permettent leur utilisation thermostructurale. Afin de dimensionner correctement les structures, il est nécessaire de connaître le comportement mécanique du composite sous des sollicitations multiaxiales. Un appareillage spécifique de sollicitations multiaxiales de type traction-cisaillement a été conçu et réalisé lors de ce travail. On a déterminé le comportement mécanique et les différents mécanismes d'endommagement de traction ou de compression dans les axes et hors axes d'orthotropie du matériau. Le modèle utilisé pour rendre compte de cet endommagement est fondé sur la mécanique des milieux continus endommageables, les déformations anélastiques induites par l'endommagement étant traitées par la théorie de la plasticité. Les observations au microscope des modes d'endommagement de la matrice conduisent à la formulation d'hypothèses simplificatrices physiquement acceptables. Le modèle a été identifié à l'aide des essais de traction et de compression dans les axes de symétrie du matériau. Les essais de traction/cisaillement ont permis de compléter l'étude du comportement du matériau et de valider la loi de comportement mécanique sous sollicitations multiaxiales proposée.

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Pailhes, Jérôme. "Comportement mécanique sous sollicitations multi-axiales d'un composite carbone-carbone." Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR10667.

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Abstract:

Les performances thermomécaniques des composites carbone/carbone permettent leur utilisation thermostructurale. Afin de dimensionner correctement les structures, il est nécessaire de connaître le comportement mécanique du composite sous des sollicitations multiaxiales. Un appareillage spécifique de sollicitations multiaxiales de type traction-cisaillement a été conçu et réalisé lors de ce travail. On a déterminé le comportement mécanique et les différents mécanismes d'endommagement de traction ou de compression dans les axes et hors axes d'orthotropie du matériau. Le modèle utilisé pour rendre compte de cet endommagement est fondé sur la mécanique des milieux continus endommageables, les déformations anélastiques induites par l'endommagement étant traitées par la théorie de la plasticité. Les observations au microscope des modes d'endommagement de la matrice conduisent à la formulation d'hypothèses simplificatrices physiquement acceptables. Le modèle a été identifié à l'aide des essais de traction et de compression dans les axes de symétrie du matériau. Les essais de traction/cisaillement ont permis de compléter l'étude du comportement du matériau et de valider la loi de comportement mécanique sous sollicitations multiaxiales proposée.

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Gilmore, Richard. "La friction des composites carbone-carbone : étude des mécanismes contrôlant le comportement tribologique des matériaux carbonés dans les freins d'avion." Mulhouse, 1994. http://www.theses.fr/1994MULH0330.

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Abstract:

Les composites carbone-carbone constituent depuis une vingtaine d'années le matériau de friction standard pour les freins aéronautiques, et leur utilisation dans les applications de freinage haute performance tend à se généraliser. Cependant, si leur comportement tribologique est tout à fait satisfaisant lors de freinages intenses, il est moins satisfaisant lors de sollicitations faibles, associées à des températures inférieures à 400°C, et se traduit par une usure élevée et des instabilités de frottement. Le but de ce travail a été d'examiner ces comportements à l'aide d'un tribomètre pion - disque et en particulier de mettre en évidence le rôle de l'adsorption et de la chimie superficielle. Une première partie de l'étude, consacrée à la détermination des paramètres physiques contrôlant la transition entre des régimes de frottement faible et élevé, a permis de mettre en évidence l'existence d'une température critique voisine de 200°C, ainsi que l'existence de régions de frottement instable. Une deuxième partie a permis de préciser les divers paramètres pouvant déclencher un pic de frottement transitoire et d'établir une liaison entre usure et instabilité. Enfin, l'analyse de la chimie superficielle formée après frottement par analyse XPS et par thermodésorption programmée a révélé que les quantités relatives des diverses fonctions oxygénées en surface dépendaient de la température de formation et que l'intensité des interactions adhésives, essentiellement contrôlée par la proportion des fonctions à caractères acide ou basique, pouvait passer par un maximum vers 200°C

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Jumel, Julien. "Microscopie photothermique : application à la caractérisation des propriétés thermoélastiques microscopiques de composites Carbone/Carbone et des barrières thermiques." Cachan, Ecole normale supérieure, 2003. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02113516/document.

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Abstract:

Ce mémoire. Présente deux techniques de microscopie photothermique dédiées à la mesure de propriétés thermo élastiques locales appliquée ici aux barrières thermiques pour aubes de turbine et aux composites thermo structuraux. La première partie est consacrée à la photoréflexion utilisée pour caractériser les propriétés thermiques locales de fibres et matrices de carbone ainsi que celles de milieux hétérogènes (revêtements minces et milieux à gradient de propriétés). Les développements théoriques qui permettent l'analyse des mesures réalisées sur ces matériaux sont présentés ainsi que les résultats de plusieurs campagnes de mesures. La deuxième partie, est consacrée à la microscopie photothermique interférométrique. Le dispositif expérimental étant décrit, l'analyse du signal photothermique mesuré révèle la présence d'artefacts expérimentaux dont on peut partiellement s'affranchir. Cette technique est utilisée pour mesurer la diffusivité thermique d'un quasicristal d'AlPdMn ainsi que l'anisotropie élastique et l'orientation cristallographique de monocristaux cubiques d'AMl
Two photothermal microScopy techniques are presented, which are devoted to the local material therit~o elastic properties measurement. Here, we focus on thermal barrier coatings for turbine blades and carbon/carbon composites. In the first part, photoreflectance technique is used for local thermal properties characterization of carbon fibres and matrix so as heterogeneous media (thin coating and functionally graded materials). Theoretical development required for experimental results analysis are presented so as results of numerous experimental data. The second part deals with interferometric photothermal microscopy technique. Once th e experimental set up is described, the photothermal signal origin is analysed to point out several experimental artefacts which can be partially experimental removed. This technique is used for thermal diffusivity measurement of an A1PdMn quasicristal so as the elastic anisotropy and crystallographic orientation of AMI single cristal

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Chaabani, Chayma. "Composites à fibres de carbone : récupération des fibres par solvolyse hydrothermale. Impact sur la qualité des fibres et valorisation de la phase liquide." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2017. http://www.theses.fr/2017EMAC0011/document.

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Abstract:

La demande mondiale des composites à fibres de carbone est en forte croissance. Les résidus qui en découlent augmentent également. Le procédé de solvolyse a été étudié pour recycler les fibres de carbone et valoriser la résine décomposée dans la phase liquide. L’étude se focalise sur l’impact du procédé batch (température et temps de réaction) sur la disparition de la résine dans l’eau sous- et supercritique. Le procédé batch n’est pas limité par la pénétration de l’eau dans un lit de composite, mais par contre, la haute teneur en composés organiques semble initier un phénomène de repolymérisation. Aux conditions optimales (350°C, 30 min et 400°C, 15 min) les fibres sont dépourvues de résine PA6, et les propriétés mécaniques sont proches des fibres vierges. Les analyses de diffraction des rayons X montrent une modification des distances inter-réticulaires des empilements de graphène, et la spectroscopie Raman met en évidence des modifications de la structure turbostratique des fibres. Ainsi le procédé de solvolyse a conduit à des changements nanostructuraux. Les valeurs de résistance à la traction sont assez proches de celles des fibres vierges. Ainsi, les fibres peuvent être réutilisées dans la reformulation de nouveaux composites. Enfin, l’étude cinétique basée sur les valeurs d’énergie d’activation en eau sous-critique (77,79 kJ/mol) et en eau supercritique (78,51 kJ/mol) montre qu’il s’agit du même schéma mécanistique régissant la réaction de dépolymérisation de la résine. La composition de la phase liquide montre la récupération de 70 % de monomère caprolactame et de la formation de produits plus lourds dans les temps de réaction relativement long (>45min). Ceci a été expliqué par un phénomène de repolymérisation. L’utilisation du CeO2 a permis d’une part de limiter des réactions indésirables et d’autres part d’améliorer la conversion de la résine PA6 en son monomère dans les temps de réaction courts
The global demand of carbon fibers reinforced composites increases greatly, resulting in an increase of its residues. The solvolysis process has been studied in the framework of the recycling of carbon fibers and the recovery of the resin decomposed in the liquid phase. First, the study focuses on the impact of the batch process (temperature and reaction time) on the resin removal under subcritical and supercritical water. Although the batch process is not limited by the water diffusion into the composite bed, a large amount of organics results in a repolymerization phenomenon. The optimal conditions (350 °C, 30 min and 400 °C, 15 min) led to achieve the PA6 resin removal and the mechanical properties of recovered carbon fibers are similar to the virgin ones. The X-ray diffraction patterns show a modification of the inter-reticular distances of the graphene stacks, and Raman spectroscopy analysis reveal a modification in the turbostratic structure. Therefore nanostructural changes have occurred due to solvolysis process. Tensile strength values are quite similar to those of the virgin fibers, thus the fibers can be reused in the reformulation of new composites. Finally, the kinetic study based on the values of activation energy in subcritical water (77.79 kJ / mol) and in supercritical water (78.51 kJ / mol) shows that the same mechanistic scheme is governing the resin depolymerization reaction. The composition of the liquid phase shows the recovery of 70 % the monomer (caprolactam) and the production of heavier products in long reaction times (>45min). This has been explained by a repolymerization phenomenon. The use of CeO2 was efficient to limit undesirable reactions and to improve the conversion of the PA6 resin into its monomer in short reaction times

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Hunault, Patrick. "Contribution à l'évaluation de l'endommagement par fatigue de composites unidirectionnels carbone-époxy." Toulouse, INPT, 1990. http://www.theses.fr/1990INPT022G.

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Abstract:

Deux familles de materiaux composites unidirectionnels carbone/epoxy, t 300 - 5208 et t 300 - 914 sont etudiees. A l'aide d'une machine de fatigue en flexion multipostes, concue et realisee pour etablir des criteres d'endommagement, on met en evidence des differences de comportement en fonction des conditions d'elaboration. La validite des criteres en cisaillement interlaminaire et en fatigue en flexion est assuree par traitement statistique des donnees.

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Leroy, François-Henri. "Rupture des composites unidirectionnels à fibres de carbone et matrice thermodurcissable : approche micro-macro." Bordeaux 1, 1996. http://www.theses.fr/1996BOR10660.

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Abstract:

L'approche classique de prevision de la resistance des composites unidirectionnels carbone/resine thermodurcissable a partir des proprietes des fibres et de l'interface fibre/matrice est mise a l'epreuve dans le cadre des systemes a hautes performances (adhesion elevee, resine fortement reticulee). La caracterisation de l'interface en termes de critere de rupture et de frottement est alors generalement realisee par l'essai de dechaussement. Apres avoir precise les limites de celui-ci et de ses interpretations actuelles grace a une modelisation numerique et analytique approfondie (contraintes residuelles thermiques, effets de bord, triaxialite), nous sommes amenes a proposer un nouvel essai permettant de determiner l'energie de decohesion (application au systeme t800/5250). La statistique de rupture des fibres t800, sujette a des estimations contradictoires, est ensuite eclaircie. La modelisation de la rupture de la structure fibreuse exempte de resine peut alors etre entreprise. Cette etape intermediaire permet de valider l'idealisation du faisceau de fibres. La modelisation classique de l'endommagement du composite est enfin amelioree et conduit, malgre les approximations systematiquement affaiblissantes de ce travail, a une surestimation de la resistance de pres de 50%, l'effet de renforcement resultant de la liaison fibre/matrice etant surestime d'un facteur 2. Ceci est attribue a un declenchement anticipe de la rupture qui serait provoque par la penetration des fissures matricielles dans les fibres sous sollicitation locale dynamique

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Bianchi, Valérie. "Composites à fibres de carbone et matrice YMAS : élaboration, microstructure, comportements mécanique et tribologique." Limoges, 1995. http://www.theses.fr/1995LIMO0037.

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Abstract:

Ces recherches ont eu pour objectif de mettre au point des composites unidirectionnels a fibres continues de carbone et matrice vitroceramique ymas pour des utilisations en frottement sec. Les composites renforces par des fibres de carbone ex-brai, p25 et p55, ou ex-pan t400h (v#f=35%) sont obtenus par impregnation, bobinage et frittage sous charge. Le suivi de la microstructure et du comportement a la rupture des materiaux ont permis de determiner les conditions optimales du frittage (chauffe et refroidissement a 25c/mn ; palier d'une heure a 1050c avec une pression uniaxiale de 10 mpa pour les composites a fibres ex-brai ; palier d'une heure a 1150c avec une pression uniaxiale de 10 mpa pour les composites a fibres ex-pan). A cause des differences de dilatation thermique entre les fibres et la matrice, lors du refroidissement, apparaissent des contraintes de tension dans la matrice qui entrainent sa microfissuration et influent sur la liaison fibre-matrice. Ces contraintes d'origine thermique ont pu etre evaluees, de la temperature de frittage a l'ambiante, a partir des coefficients de dilatation thermique des fibres et de la matrice et d'un modele que nous avons adapte a l'anisotropie thermoelastique des fibres de carbone. L'evolution du module d'young apparent avec la temperature, mesure par technique ultrasonore lors de la simulation d'un refroidissement, confirme l'apparition des microfissures. L'observation de l'interface fibre/matrice par microscopie electronique en transmission et la microindentation de fibres ont permis de definir la nature et la force de l'interface en fonction du cycle d'elaboration. Le frottement et l'usure des composites elabores dans les conditions optimales ont ete etudies sous air, dans la gamme de temperature 20-400c, sur un tribometre a vitesse de rotation constante, dans la configuration disque/disque (composite/composite), en faisant varier les parametres experimentaux: vitesse et force normale. Les coefficients de frottement sont compris entre 0,15 et 0,6 et l'usure est tres faible. Les mecanismes d'accommodation de vitesse ont ete identifies a partir de l'observation en microscopie electronique a balayage des surfaces usees, et d'observations dynamiques a travers un verre frottant contre un composite, au cours d'essais en petits debattements

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Jlassi, Sabrine. "Composites à fibres de carbone recyclées : variabilité des sources et optimisation des performances mécaniques." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2019. http://www.theses.fr/2019EMAC0006.

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Abstract:

Le recyclage des matériaux composites renforcés de fibres de carbone suscite de plus en plus d’intérêt pour répondre aux exigences règlementaires et aux besoins industriels. Le défi majeur est de récupérer les fibres de carbone afin de les réintégrer dans des composites (2.0) de seconde génération. La particularité des fibres recyclées, provenant de diverses sources, réside dans la variabilité de leurs propriétés et d’un point de vue industriel et économique, le tri des composites par type/grade de fibres avant le recyclage semble onéreux. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’intérêt du traitement par vapo-thermolyse des composites usagés sans un tri préalable et de valider à une échelle représentative les conditions de remise en forme des fibres recyclées en renfort textile et de remise en œuvre des composites 2.0. L’étude s’est focalisée sur le développement et la caractérisation mécanique de nouveaux composites renforcés de non-tissés en fibres de carbone vierges. Les non-tissés ont été mis en forme par cardage en se basant sur un plan d’expériences type plan de mélanges prenant en compte trois grades de fibres de carbone coupées en trois longueurs différentes. Les résultats ont montré que le mélange de fibres de propriétés différentes et de longueurs permet de réduire la variabilité des propriétés des composites. Mais l’augmentation des proportions des fibres ayant de faibles propriétés mécaniques dans un mélange provoque une chute des performances. Ces résultats ont permis une meilleure compréhension de l’influence des propriétés des fibres et de l’architecture du renfort non-tissé sur les propriétés des composites. L’étude a été complétée par une comparaison des propriétés mécaniques de deux composites renforcés de non-tissés simples et comélés à base de fibres de carbone vierges et recyclées. Les résultats ont montré un excellent potentiel des renforts en fibres de carbone recyclées comparés aux renforts en fibres vierges et aux renforts en fibres recyclées actuellement commercialisés
There is a great deal of interest with carbon fiber reinforced composite recycling in order to respond to regulatory requirements and industrial needs. The major challenge is to recover carbon fibers in order to reintegrate them into second-generation (2.0) composites. The particularity of recycled carbon fibers coming from different sources is the variability of their properties. From an industrial and economical point of view, composite sorting by fiber type/grade before recycling seems to be not profitable. This project aims to evaluate the interest of recycling composites by steam-thermolysis without preliminary sorting and to validate at a representative scale the implementation conditions of recycled fibers into textile reinforcements and 2.0 thermoplastic composites. The study focused on development and mechanical characterization of new virgin carbon fiber non-woven reinforced composites. A design of experiments was carried out by using a Mixture Design methodology considering three carbon fiber grades cut into three different lengths in order to produce non-woven reinforcement by carding. It has been shown that the mixture of fibers with different properties and lengths induces reducing variability of composite properties. But the increase in mixture proportion of fibers having low mechanical properties leads to a drop-in composite performance. This part allowed a better understanding of fiber properties and non-woven reinforcement architecture influence on composite properties. The study was completed by a comparison of mechanical properties of two simple and comingled recycled carbon fiber non-woven reinforced composites. The results showed an excellent potential of recycled carbon fiber non-woven reinforcement compared to virgin carbon fiber and commercialized recycled carbon fiber non-wovens

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Grillard, Fabienne. "Structure et propriétés de fibres composites polymère-nanotubes de carbone obtenues par voie fondu." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14577/document.

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Abstract:

Cette thèse rapporte l’étude des propriétés de fibres composites polymère/nanotubes de carbone obtenues par voie fondu. Contrairement aux fibres produites jusqu’à présent par cette technologie, les fibres réalisées dans cette thèse sont conductrices. Les propriétés électriques sont étudiées en fonction de différents paramètres dont la température et les contraintes mécaniques. Par un modèle analytique, il est montré que l’étirement induit par leprocédé entraine une translation relative des nanotubes et une perte de contacts électriques.Ces fibres possèdent aussi des propriétés thermomécaniques originales comme des effets à mémoire de forme et à mémoire de température. Cette dernière est reflétée par un pic de contrainte générée à la température de déformation du matériau. Ces effets ont pu être mis en évidence sur des déformations de type traction et torsion. Même si ces effets sont gouvernés par le polymère, l’introduction des nanotubes apporte des améliorations des propriétés
This thesis reports the study of the properties and structure of carbon nanotube / polymercomposite fibers obtained by melt spinning. By contrast to most fibers produced by thistechnology, the fibers produced in this thesis are electrically conductive. The conductivityproperties are studied as a function of various parameters including temperature andmechanical stress. It is shown that fiber drawing induced by the process leads to a relativetranslation of the nanotubes relative to each other and to a loss of electrical contacts. Ananalytical model accounts for this phenomenon and reproduces the experimental results.Polymer-nanotube fibers exhibit also particularly original thermomechanical properties suchas shape memory effects that are controllable by the programming process. Surprisingly, thefibers have a temperature memory reflected by a peak of the generated stress at thetemperature at which the materials has been programmed. These effects have beendemonstrated for various types of deformations including elongation and torsion. Althoughthese effects are governed by the properties of the polymer, it is shown that the introductionof nanotubes provides significant improvements of the thermomechanical properties

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Boulanghien, Maxime. "Formulations de composites thermoplastiques à partir de fibres de carbone recyclées par vapo-thermolyse." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2014. http://www.theses.fr/2014EMAC0020/document.

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Abstract:

L'industrie de la fibre de carbone connaît actuellement une forte croissance, passant d'une demande annuelle mondiale de 18 000 tonnes en 2001 à 48 000 tonnes en 2013. Entre l'important gisement de déchets composites à valoriser et les différentes mesures législatives françaises et européennes prises en faveur d'une gestion durable des déchets, le recyclage des composites carbone (PRFC - Polymères Renforcés de Fibres de Carbone) offre d'intéressantes perspectives environnementales et économiques. L'objectif de ce travail de thèse est d'obtenir des composites thermoplastiques à partir de fibres de carbone recyclées. Des fibres de carbone ont ainsi été récupérées du traitement par vapo-thermolyse de composites à matrice époxyde fabriqués par LRI (Liquid Resin Infusion). La vapo-thermolyse est un procédé thermochimique utilisant la vapeur d'eau surchauffée à pression atmosphérique pour la dégradation de la matrice organique des composites et la récupération des fibres de carbone. De prime abord, l'étude des propriétés des fibres montre que le procédé est particulièrement efficace pour dégrader la résine tout en préservant les propriétés mécaniques des fibres récupérées. Deux voies de formulation sont alors proposées. La première concerne l'élaboration de granulés thermoplastiques pour l'injection ; la seconde l'élaboration de mats à orientation aléatoire pour la fabrication de TRE (Thermoplastique Renforcé Emboutissable). L'étude des propriétés mécaniques des composites ainsi élaborés montre des résultats comparables à ceux obtenus pour des matériaux élaborés à partir de fibres vierges. La fibre de carbone recyclée par vapo-thermolyse constitue donc une fibre compétitive en tant que renfort pour des composites thermoplastiques à fibres courtes
World need in carbon fibre grew from 18,000 tons per year in 2001 to 48,000 tons in 2013. With the increasing amount of composite waste and the recent French or European legislation focus towards a sustainable waste management, carbon fibre composites recycling offers interesting economic and environmental perspectives. This project aims at enabling the manufacturing of thermoplastic composites from recycled carbon fibres. To reach this goal, PAN-based carbon fibres were recycled from epoxy resin/carbon fibre composites by steam-thermolysis. It is a thermochemical process using superheated steam at environmental pressure to degrade the organic matrix of composites and thus to recover carbon fibres. Reclaimed carbon fibres were first studied so as to show that the steam-thermal process is particularly efficient to degrade the epoxy resin of composites while maintaining fibres mechanical properties. Two kinds of composites were then considered: short-fibre reinforced compounds for injection and randomly-oriented fibre mat reinforced thermoplastics. Their mechanical properties were studied and results show that mechanical performances of recycled carbon fibre-based composites are similar to those of virgin carbon fibre-based composites. Steam-thermolysis recycled carbon fibre is a competitive fibre while being used as reinforcement for short fibre reinforced thermoplastics

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Durin, Christian. "Contribution à l'étude du vieillissement de matériaux composites carbone/epoxyde sous ambiance spatiale." Toulouse, ENSAE, 1988. http://www.theses.fr/1988ESAE0008.

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Abstract:

Dégradation des matrices, caractérisation des matériaux apres irradiation et cycles thermiques. Essais mécaniques pour étudier l'influence des dégradations sur les températures de transition des matériaux et sur leurs caractéristiques mécaniques dynamiques. Variation de la stabilité dimensionnelle des matériaux fissures.

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Gornet, Laurent. "Simulation des endommagements et de la rupture dans les composites stratifies." Paris 6, 1996. http://www.theses.fr/1996PA066798.

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Abstract:

L'objectif de ce travail mené en collaboration avec le cnes toulouse est de proposer et de mettre en uvre dans le cadre des éléments finis classiques des stratégies fiables permettant la prévision de l'endommagement jusqu'a rupture des structures composites stratifiées carbone/époxy. Le composite est décrit dans nos travaux à une échelle intermédiaire appelée meso, comme un empilement de monocouches homogènes dans l'épaisseur et d'interfaces interlaminaires. Les mécanismes de dégradation sont homogènes dans l'épaisseur de chacune des couches. Ces dégradations des couches sont dues à des ruptures de fibres ainsi qu’à une micro fissuration de la matrice parallèlement à la direction des fibres. Tous ces phénomènes d'endommagement sont pris en compte au travers d'un modèle de comportement tridimensionnel elasto-plastique endommageable. Les délaminages sont modélises par une loi de comportement de l'interface élastique endommageable. L'un des apports de cette étude réside dans la réalisation du code éléments finis endo-strat-ef base sur le code e. F. Castem 2000 développe par le c. E. A. . Notre logiciel permet de conduire des calculs non linéaires intégrant les différents mécanismes de dégradation des structures stratifiées sur des géométries complexes et pour différents types de cas de chargement. La description des phénomènes de dégradation à l'échelle meso associée a des lois d'évolution de l'endommagement avec effet de retard permet de réaliser des simulations objectives vis-à-vis de la discrétisation e. F. . Des simulations sont menées sur des éprouvettes d. C. B. , e. N. F. Et m. M. F. . Elles permettent d'identifier le modèle d'interface pour le matériau m55j/m18 a partir d'essais réalises a l'aérospatiale suresnes. L'étude de plaques stratifiées soumises a un état de tension met en évidence l'endommagement des couches ainsi que la propagation du délaminage jusqu'a la phase ultime de la rupture.

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Lemaire, Hugues. "Influence de l'interface fibre/matrice sur le comportement mécanique en température des composites C/C." Bordeaux 1, 2001. http://www.theses.fr/2001BOR12349.

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Chambaudet, Sylvain. "Étude et modélisation du comportement mécanique de la matrice polymère dans un composite à fibres de carbone sous compression transverse /." Châtillon : ONERA, 2003. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb39044284t.

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Parscau, du Plessix Basile. "Analyses et modélisation du développement de porosités lors de la cuisson de pièces composites thermodurcissables hautes performance." Nantes, 2016. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=0260b399-6f1e-436a-aa15-2359881c9e84.

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Abstract:

Lors de la fabrication de pièces composites à matrice thermodurcissable à base de renfort fibre de carbone, un des principaux défauts qui peut survenir est la création de porosités internes. Il est bien connu que leur présence dans une pièce composite entraîne une dégradation importante de ses propriétés mécaniques. Par conséquent, la problématique scientifique concerne le contrôle de la création et du développement des porosités lors de la cuisson de pièces composites à matrice thermodurcissable. L’objectif de ce travail est de développer un modèle précis de porosité pour améliorer la maîtrise de la santé des pièces composites in fine. Pour cela, l’évolution d’une micro-bulle entourée de résine est décrite en couplant les phénomènes de diffusion d’eau, les effets thermo-mécaniques et les propriétés thermochimiques et chimio-rhéologiques de la matrice qui sont les facteurs régissant l’évolution de la taille des porosités durant le cycle de polymérisation. Une nouvelle approche est présentée et permet de prédire de manière réaliste la taille des porosités après cuisson, comme démontré par comparaison avec des résultats expérimentaux
During epoxy based carbon fibre resin composites (CFRC) manufacturing, one of the major defects which may occur is the creation of internal voids. As a major impact, it is thus well-known that voids in composites structures induce a severe degradation of the mechanical performances. Consequently, the scientific issue addresses the void creation and development control during thermoset composites parts curing. Therefore, the main goal of this work is to develop a new accurate numerical void growth model for composite parts health optimization. The model is addressing the coupling between water diffusion phenomena, thermo-mechanical effects and matrix properties, which are the driven factors of void size evolution during the polymerization cycle, taking care of the growth of a micro-bubble in a resin surrounding. By using a new numerical mo- deling approach, the results fit realistically, as demonstrated with experimental results

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Claveyrolas, Gilles. "Réactivité chimique des fibres de carbone vis-à-vis du magnésium et de ses alliages." Lyon 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LYO10156.

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Abstract:

Les materiaux composites a matrice magnesium renforcee avec des fibres de carbone haut module apparaissent comme des candidats prometteurs pour des applications aerospatiales. Compte tenu de la faible densite de la matrice metallique, ils pourraient effectivement combiner des caracteristiques exceptionnelles: haute resistance et haute rigidite a la traction, dans le sens longitudinal, coefficient de dilatation proche de zero, stabilite dimensionnelle. La production de materiaux presentant les plus hautes performances implique cependant un controle precis de tous les facteurs pouvant diminuer les proprietes mecaniques du renfort ou affecter le transfert de charges a l'interface. Dans cette optique, nous avons etudie le comportement chimique de fibres de carbone dans le magnesium et ses alliages, plus specialement dans les alliages mg-al, mg-mn. Le sujet de cette investigation etait de permettre une meilleure comprehension de la chimie d'interface metal/fibre en termes de thermodynamique, de mecanisme et de cinetique reactionnels

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Kasem, Haytam. "Etude du comportement tribologique de composites carbone/carbone sous sollicitations de freinage aéronautique : approches mécanique et physico-chimique." Orléans, 2008. http://www.theses.fr/2008ORLE2007.

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Abstract:

Les composites C/C constituent actuellement la meilleure solution technologique pour assurer le freinage aéronautique. En effet, ces matériaux possèdent des caractéristiques (densité, capacité thermique,…) et des propriétés thermomécaniques très adaptées au freinage très dissipatif. Dans ce contexte, cette étude a pour objectif l’identification des mécanismes d’usure de composites C/C lors de freinages de type taxiage à basse et à haute températures. Pour ce faire, deux tribomètres sont utilisés (pion/disque et disque/disque) ainsi qu’un spectromètre de masse couplé au tribomètre pion/disque afin d’étudier les réactions chimiques dans le contact. L’analyse des gaz, la caractérisation des surfaces et des particules de troisième corps formées lors du frottement (MOLP, MEB, AFM, DRX, XPS, adsorption d’azote) ont permis de suivre l’endommagement des matériaux étudiés. Le frottement à basse température se caractérise par une usure particulièrement élevée, des surfaces majoritairement endommagées (rayures, fissurations, décohésions fibres/matrice,. . ), et un détachement important de particules de grande taille qui participent activement à l’abrasion des surfaces. L’usure tribo-chimique particulièrement élevée se traduit par une contribution prépondérante de l’usure mécanique par rapport à l’usure chimique (oxydation). Quant au frottement à haute température, il conduit à une usure faible, des surfaces peu endommagées et la production de particules de petite taille plus oxydées, plus cohésives et donc nettement moins abrasives. L’usure tribo-chimique relativement faible se caractérise par une plus faible contribution de l’usure mécanique et une oxydation plus importante.

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Dalmaz, Anne. "Etude du comportement en fatigue cyclique a hautes températures du composite tisse fibre de carbone/matrice carbure de silicium 2,5D C/SiC." Lyon, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAL0085.

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Abstract:

L'étude porte sur un composite multicouches à fibres de carbone/matrice carbure de silicium 2,5D C/SiC élaboré par la Société Européenne de Propulsion. Ce composite étant utilisé dans le domaine aérospatial pour réaliser des structures à chaud travaillant dans un environnement sévère (hautes températures, fortes sollicitations mécaniques, atmosphère plus ou moins oxydante), il apparaît primordial d'étudier son comportement intrinsèque en fatigue cyclique à hautes températures. La finalité de notre étude est alors de prec1ser les mécanismes d'endommagement du composite 2 5D C/S iC à l’origine des propriétés mécaniques en fatigue cyclique sous atmosphère inerte et à différentes températures (de 20 °C à 1500 °C). Une modélisation par éléments finis permet d'expliquer l'origine du réseau de fissures développé au cours des sollicitations aux différentes températures. Une nouvelle approche de modélisation des modules d’élasticités de composites tissés céramique/céramique a été faite par la méthode d’homogénéisation. Elle a permis entre autre de donner des informations supplémentaires pour améliorer la description des séquences d’endommagement au cours de la fatigue cyclique. L’évolution du comportement mécanique en fonction de la température s'articule autour de la température d'élaboration (environ 1000 °C) du composite. Pour des températures inférieures à 1000 °C, le comportement mécanique est contrôlé par l'évolution des contraintes thermiques résiduelles et de la fermeture des fissures. Le composite présente alors un comportement mécanique d'autant meilleur (résistance mécanique durée de vie, rigidité) que la température est élevée. Par ailleurs, le raidissement observé à hautes températures au cours du cyclage mécanique résulte de la fermeture des fissures par des mouvements localisés de la structure. Pour des températures supérieures à 1000 °C, le comportement mécanique est contrôlé par des mécanismes dépendant du temps encore mal connus
This study investigates the mechanical behavior of a 2. 5D woven multi-layered carbon fiber composite with a silicon carbide matrix, manufactured by the SEP. This material is used in the aerospace industry for the manufacture of parts operating under extreme conditions (very high temperature, high loading stress and a strongly oxidizing atmosphere). It is, therefore, essential to establish it is mechanical behavior under cyclic loading at elevated temperature. The aim of this study is therefore to define the damage mechanism of the 2. 5D C/SiC composite controlling the mechanical behavior of the material subjected to cyclic loading over a range of temperatures, under an inert atmosphere. A finite element model was developed to explain the crack networks operating during loading at various temperatures. A new technique, based on the method of homogenization, was established to model the Young's modulus of composite ceramic/ceramic weaves. This technique was employed, along with our other results, to improve the understanding of the damage sequence during cyclic fatigue. The evaluation of the mechanical behavior of the composite with increasing temperature was found to change significantly at the manufacturing temperature of the composite (1000°C). For temperatures below 1000°C, the mechanical behavior is controlled by the residual thermal stresses and crack closing behavior. The composite shows improved toughness, modulus, and cycles to failure, as the temperature increases. The increase in modulus observed during cyclic loading at elevated temperature results from crack closing caused by localized deformation of the material. For temperatures above 1000°C the mechanical behavior is controlled by temperature dependent mechanisms, as yet, not well understood

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Dissertations / Theses on the topic 'Composites à fibres de carbone – Environnement'

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