Academic literature on the topic 'Composites à fibres – Fibres végétales – Tuyaux'

Ce travail s’inscrit dans le développement de matériaux locaux, telle que la fibre végétale (fibre de palmier) et l’argile rouge du sud Algérien, largement utilisées dans la préparation des briques, comme matériaux de construction rurale. Les fibres végétales possèdent des propriétés très intéressantes, elles sont : renouvelables, biodégradables et le rapport coût/légèreté faible. Leurs propriétés mécaniques sont très importantes. Cependant, le problème prédominant dans ce type de matériaux composites est la faible adhésion de l’interface matrice-fibre, attribuée probablement, à la nature de la surface et au caractère hydrophobe des fibres naturelles, conduisant ainsi, à des propriétés mécaniques faibles pour le composite envisagé. Le but de cette étude consiste à traiter la fibre de palmier par une solution basique d’hydroxyde de sodium (NaOH 4 % [m/v]) durant des périodes variables : 3, 7, 24 et 48 heures, afin d’améliorer l’adhésion interfaciale. Les résultats obtenus à partir des essais réalisés sur le composite renforcé par les fibres de palmier traitées durant 7 h ont montré une nette augmentation quant à la résistance, à la flexion et à la compression ; cette croissance est respectivement de l’ordre de 57 et 60 %, comparativement au composite renforcé par les fibres non traitées. On peut déduire que les fibres de palmier peuvent être considérées comme l’un des matériaux appropriés pour le renforcement de l’argile.

En raison des nombreux avantages qu’offrent les fibres végétales, elles sont de plus en plus utilisées pour la production de matériaux composites notamment dans le domaine de la construction. Le riz est la céréale la plus consommée dans le monde pour l’alimentation humaine. Sa production engendre des quantités importantes de paille qui sont peu ou pas valorisées d’où le besoin d’en faire un renfort dans les matériaux cimentaires. À travers cette étude, des composites de pailles de riz (PDR) / ciment ont été élaborés avec différentes teneurs en paille. Des essais mécaniques et physiques ont été réalisés à différents âges pour en évaluer les performances. Il en ressort que l’incorporation de 1 à 5 % de PDR induit une réduction des propriétés physiques et mécaniques des composites et provoquent un retard de prise du ciment. Cela a pour cause la grande absorption d’eau des pailles et leur faible adhésion avec la matrice cimentaire. Par ailleurs on assiste à l’allègement des composites grâce à l’introduction d’air occlus. Cette étude constitue la première étape de toute une série. Elle a permis de comprendre le comportement des PDR vis-à-vis du ciment. Les perspectives visent l’optimisation des propriétés mécaniques et physiques du matériau à travers l’incorporation de granulats.

La modélisation de l'endommagement des matériaux composites hybrides a joué un rôle important dans la conception des structures composites. Bien que des modèles numériques pour l'endommagement progressif des pipes en matériaux composites hybrides à enroulement filamentaire, tels que la fissuration matricielle, le délaminage et la rupture des fibres, aient été développés dans la littérature, des améliorations sont encore nécessaires. Cette thèse vise à développer des modèles d'endommagement adaptés à la prédiction du comportement dynamique et l'endommagement intra-laminaire et inter-laminaire dans les tubes en matériaux composites hybrides sous une pression interne, et soumis à un chargement dynamique tel que l'impact d'un objet externe. Les approches de la mécanique de la rupture et de la mécanique de l’endommagement ont été adoptées pour construire le modèle de dommages. Une analyse détaillée a été réalisée pour avoir une vue d'ensemble de tous les mécanismes d'endommagement jusqu'à la rupture finale. Des éléments cohésifs ont été implémentés dans les modèles bidimensionnels et tridimensionnels pour simuler l'initiation et la propagation d’endommagement interlaminaire (délaminage) dans les stratifiés. Une subroutine a été implémentée dans le code de calcul FE (Abaqus/Explicit) via une VUMAT afin de modéliser l’endommagement intralaminaire. Par la suite, des validations basées sur des corrélations essai/calcul sur des sous-systèmes et/ou des pièces réelles ont été effectuées. L'initiation des dommages est prédite sur la base des critères de rupture contrainte-déformation, tandis que la loi d'évolution des dommages est basée sur la dissipation de l'énergie de rupture. Le comportement non linéaire du matériau en cisaillement a également été pris en compte et validé par rapport aux résultats expérimentaux. Les prédictions montrent un excellent accord avec les observations expérimentales
Damage modelling of hybrid composite materials has played an important role in the design of composite structures. Although numerical models for the progressive damage of filament wound hybrid composite pipes such, matrix cracking, delamination, and fiber failure have been developed in the literature; there is still a need for improvement. This thesis aims to develop damage models suitable for predicting dynamic behaviour and intra-laminar and inter-laminar damage in hybrid composite tubes under internal pressure subjected to dynamic loading such as the impact of an external object. Fracture mechanics and continuum damage mechanics approaches were adopted to build the damage model. A detailed analysis was performed to have an overview of all the damage mechanisms until the final failure. Cohesive elements were inserted into the two-dimensional and three-dimensional models to simulate the initiation and propagation of matrix cracking and delamination in cross-layered laminates. The damage model was implemented in the FE code (Abaqus/Explicit) by a user-defined material subroutine (VUMAT). Subsequently, validations based on test/calculation correlations on real subsystems and/or parts were performed. Damage initiation was predicted based on the stress-strain failure criteria, while the damage evolution law was based on the dissipation of failure energy. The nonlinear behavior of the material in shear was also taken into account and validated against experimental/numerical results. The predictions show excellent agreement with the experimental observations

Dans les matériaux composites, la substitution des renforts minéraux ou synthétiques par des fibres végétales est possible pour de nombreuses applications industrielles, automobile ou non. Cependant, l'origine naturelle des fibres végétales, leurs structures complexes et multi composants rendent leur utilisation plus difficile à maîtriser que dans le cas des renforts usuels. Ces travaux de thèse ont donc pour objectif de contribuer à la compréhension des paramètres clés pour profiter de la capacité de renforcement des fibres végétales courtes dans une matrice thermoplastique (PP). Dans un premier temps, nous avons étudié le rôle des éléments constituant un composite renforcé par des fibres courtes et transformé par injection. Ceci a mis en évidence l 'intérêt de l'utilisation des fibres de lin comme renfort de composites. L'influence de leur fraction volumique et de la compatibilisation fibre / matrice a aussi été étudiée. La comparaison entre procédé d'extrusion et d'injection a souligné l'effet de la mise en œuvre sur la microstructure et sur les propriétés mécaniques des composites. Nous avons ensuite montré qu'il était possible d'extruder un polypropylène renforcé par des fibres de lin qui réponde au cahier des charges de l 'automobile, avec cependant des limitations au niveau de la stabilité du process. L'étude des composites hybrides lin / talc extrudés, a montré que l'ajout de particules de talc apportait une amélioration des propriétés mécaniques et une diminution des défauts d'extrusion. Enfin, nous avons mis en évidence, pour les fibres courtes ou longues, que la division et la dispersion des renforts étaient les paramètres clés à contrôler pour bénéficier de leur capacité de renforcement
Natural fibers can replace mineral or synthetic reinforcements in many industrial applications, for automotive or not. Their complex and multi component structure as well as their natural origin lead to higher difficulties in this kind of reinforcement than the usual ones. The aim of this thesis work is give a better understanding of the key parameters to control to get the reinforcement capacity of natural fibers. In a first step we studied the influence of the components on the mechanical properties of an injected polypropylene. This has highlighted the interest in flax fibers for composite's reinforcement. It has also underlined the influence of fiber content and using coupling agent. The comparison between extrusion molding and injection molding bas showed the effect of molding process on microstructure and mechanical properties, injection molding showing a better efficiency. Then we focused on extrusion molding, and we have brought to light that it is possible to extrude polypropylene reinforced with flax fiber that is complying with automotive specifications, but it showed lack stability during extrusion process. The study of flax / talc hybrid composites extruded showed that adding talc particles to flax fibers help to increase mechanical properties and to troubleshoot extrusion issues. Finally, we highlighted that, for both short and long flax fibers, fiber's individualization and dispersion are one of the key parameters to control

L’objectif de cette thèse est la caractérisation du comportement mécanique et de l’endommagement d’un composite tissé jute/polyester. Les fibres végétales constituent en effet une alternative écologique intéressante à l’utilisation des fibres synthétiques, en particulier les fibres de verre qui sont les plus utilisées pour les pièces composites de grande diffusion. Le composite est développé au sein du laboratoire LMNM à l’IOMP, Sétif, Algérie. Deux orientations ([0]8 et [+45/-45]2S) sont considérées. La caractérisation mécanique est effectuée en traction et compression monotones ainsi qu’en fatigue cyclique. Les caractérisations mécaniques et microstructurales sont réalisées au sein du laboratoire MATEIS. L’étude de l’endommagement des composites est réalisée en combinant cinq techniques : l’évolution des paramètres mécaniques via des essais cyclés et de fatigue, la microscopie, l’émission acoustique (EA), la corrélation d’images et la micro-tomographie RX. L’étude de l’évolution des paramètres mécaniques accompagnée de l’analyse globale de l’EA fournit des premiers indicateurs quant au développement de l’endommagement lors des essais. Les analyses microstructurales permettent d’identifier finement les différents mécanismes d’endommagement qui surviennent lors des sollicitations mécaniques (décohésions fibre/matrice, fissurations matricielles et rupture de fibres). Pour la segmentation des signaux d’émission acoustique en traction et en compression monotones, une classification non-supervisée est utilisée en mettant l’accent sur le choix des descripteurs et sur la labellisation des classes obtenues. Des essais de traction instrumentés par corrélation d’images ainsi que des essais de traction in-situ sous tomographe permettent d’identifier la chronologie d’apparition de l’endommagement. Ces résultats permettent également de labelliser les classes obtenues. Les signaux labellisés servent ensuite à créer une bibliothèques pour identifier la chronologie d’évolution des modes d’endommagement en fatigue cyclique réalisée par classification supervisée. Enfin, toutes ces analyses ont permis d’établir des scénarios d’endommagement pour les différents modes d’endommagement et pour les deux orientations. Il est ainsi possible de reconsidérer l’élaboration pour optimiser les propriétés mécaniques
The objective of this thesis is the characterization of the mechanical behavior and the damage of a woven jute / polyester composite. natural fibers are indeed an interesting ecological alternative to synthetic fibers, in particular glass fibers which are the most used for composite manufacturing. The studied composite is developed in the LMNM laboratory at IOMP, Sétif, Algeria. Two fibre orientations ([0] 8 and [+ 45 / -45] 2S) are considered. The mechanical characterization is carried out in monotonic tensile and compression as well as in cyclic fatigue. Mechanical and microstructural characterizations are carried out in the MATEIS laboratory. The study of the damage is carried out by combining five techniques: the evolution of mechanical parameters via cyclic and fatigue tests, microscopy, acoustic emission (EA), image correlation and micro- RX tomography. The study of the evolution of the mechanical parameters combined with the global analysis of the AE provides first indicators concerning the development of the damage during the tests. Microstructural analyzes allow to finely identify the damage mechanisms that occur during mechanical tests (fiber / matrix decohesions, matrix cracks and fiber breakage). For the segmentation of acoustic emission signals in monotonic tests, an unsupervised classification is used, emphasizing the choice of descriptors and the labeling of the classes obtained. Tensile tests instrumented by image correlation as well as in situ tensile tests under tomography allow to identify the chronology of appearance of the damage. These results are also used to label the obtained classes . The labeled signals are then used to create a library to identify the chronology of evolution of the modes of damage in cyclic fatigue achieved by supervised classification. Finally, all these analyzes made it possible to establish damage scenarios for the different damage modes and for the two orientations. It is thus possible to reconsider the development to optimize the mechanical properties

Ce travail de thèse a pour objectif d’analyser le comportement en vibration des composites non-hybrides et hybrides lin-verre. Dans une première partie, une démarche d’analyse modale a été mise en place pour étudier le comportement mécanique et dynamique de ces matériaux. Ceci a permis d’une part, d’identifier les propriétés élastiques et les coefficients d’amortissement de ces composites à partir de leurs fréquences propres, et d’autre part, d’effectuer une comparaison avec les composites traditionnels. La deuxième partie de ce travail est consacrée à une modélisation de l’amortissement des composites non-hybrides et hybrides. Cette modélisation, basée sur la théorie des stratifiés avec cisaillement transverse, a été développée en utilisant la méthode des éléments finis. Plusieurs aspects ont été étudiés comme l’orientation des fibres, la séquence d’empilement, l’architecture des renforts, le choix des séquences d’empilement pour l’hybridation. Cette analyse a conduit enfin à optimiser les performances mécaniques et dissipatives des composites non hybrides et hybrides lin-verre.La dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude d’un vieillissement caractérisé par une immersion des matériaux dans l’eau. Dans un premier temps, des essais de vibration ont été réalisés à différentes périodes d’immersion pour identifier l’impact de ce vieillissement sur les propriétés mécaniques et dissipatives des composites non hybrides et hybrides, ainsi que leur évolution en fonction de la durée d’immersion. Enfin, la réversibilité de ces propriétés a été également analysée en effectuant un cycle de vieillissement jusqu’à la saturation puis une opération de séchage
This PhD research work aimed at analysing the free vibration behaviour of non-hybrid and hybrid flax-glass composites. First, a modal analysis approach was developed to study the mechanical and dynamic behaviour of these materials. Their elastic and damping properties were identified from their natural frequencies and a comparison with the traditional composites was carried out. In the second part, a finite element modelling of the damping of non-hybrid and hybrid composites was implemented by considering the classical laminate theory, taking into account the transverse shear effects. Different topics were studied such as the fibres orientation, the stacking sequence, the reinforcement architecture, the choice of the stacking sequence layers for the hybridisation. This analysis resulted in optimising both mechanical and damping performances of non-hybrid composites and hybrid flax-glass composites. In the last part of this work, the effect of water ageing on the dynamical and mechanical properties of non-hybrid and hybrid glass-flax composites was studied. To this end, these composites were subjected to free vibrations at different ageing durations in order to identify the effect of water ageing on their mechanical and damping properties and their evolution with ageing time. Finally, a cycle of ageing until saturation was reached followed by a drying operation, which was carried out to analyse the reversibility of their properties

L’épuisement de nos ressources naturelles ainsi que les impacts croissants de notre société sur l’environnement nous imposent une réflexion sur les matériaux de demain. Ainsi, l’usage de fibres végétales constitue une solution de substitution aux fibres de synthèse, pour une large gamme de composites industriels. En raison de leur structure très hiérarchisée et multi composants, elles constituent des matériaux très complexes, et assimilables, à leur échelle, à des composites. Ces travaux de thèse ont pour objectif de contribuer, à différentes échelles, à leur connaissance ainsi qu’à celle des composites qu’elles renforcent. Dans un premier temps, nous avons montré l’intérêt de la nanoindentation et de la diffraction des rayons X pour la caractérisation mécanique des parois ainsi que pour la détermination de leurs angles micro-fibrillaires. Le second volet expérimental a prouvé que la mise en œuvre de simples traitements à l’eau, ou à la dopamine, par bio mimétisme, pouvait améliorer la division et l’extraction de fibres de lin sous rouies de manière significative ainsi que certaines propriétés en traction des biocomposites élaborés. Enfin, nous avons montré l’influence de différents procédés de mise en forme sur les propriétés des fibres et des composites ainsi que celle du recyclage sur des composites renforcés par des fibres végétales. L’intérêt environnemental d’utiliser une matrice recyclée pour leur élaboration ainsi qu’une bonne stabilité de leurs propriétés mécaniques après recyclage ont été mis en évidence
The depletion of our natural resources as well as the increasing impacts of the society on our environment, involves a necessary modification of composite materials design. Thus, for many industrial products, vegetal fibres could be used to substitute synthetic fibres, as composite materials reinforcement. Due to their hierarchical and multi components structure, the vegetal fibres could be considered, at their scale, as complex composite materials. The purpose of this work is to contribute, at various scales, to the knowledge about the vegetal fibres and the associated composites. First of all, we evidenced the interest of nanoindentation and x-ray diffraction to obtain the mechanical and viscoelastic properties of the cell walls as well as their microfibrillar angles. The second experimental part highlights that the processing of soft water, or dopamine bio mimetic treatments, could significantly improve the division and manualy extraction of under retted flax fibres, or some mechanical properties of elaborated biocomposites. In the last section of this thesis report, we evidenced the influence of various manufacturing processes on the composites and fibres properties as well as those of the recycling on vegetal fibres reinforced composites. We showed a good stabilization of the composites mechanical properties after recycling and an important environmental interest to use a recycled matrix for their elaboration

Les vibrations et le bruit sont des problèmes inévitables dans les produits d’ingénierie et la vie quotidienne. Il est donc indispensable de connaître les performances d’amortissement des matériaux d’ingénierie et les facteursqui affectent les dites propriétés. Les composites à base de fibres végétales (PFC) sont devenus une nouvelle option lorsqu’il s’agit de trouver un compromis entre l’amortissement et la rigidité. Les recherches actuelles sur l’amortissement sont principalement menées à l’échelle macro scopique et les sources et les mécanismes d’amortissement des composites de fibres végétales sont complexes et encore mal compris.Ainsi, l’objectif de cette de proposer une caractérisation fine et une meilleure compréhension de l’amortissement dans les composites biosourcés à l’aide d’une approche expérimentale multiéchelle. Cette thèse commence par une revue de la littérature sur le comportement d’amortissement des PFC. Ensuite, les influences de nombreux paramètres, y compris les types de matrice et de fibres, l’architecture du renfort, la température, la fréquence et la teneur en humidité sur les propriétés d’amortissement des PFC, sont étudiées sur la base d’une analyse mécanique dynamique (DMA) et d’une analyse modale. Les propriétés d’amortissement des constituants sont également déterminées in situ grâce des des essais en nanoindentation dynamique. Un protocole de chargement à amplitude constant est proposé en alternative à la méthode dynamique traditionnelle de raideur de contact (CSM). Les résultats sont comparés à ceux obtenus par l’analyse mécanique dynamique et méthodes de test modal. Les résultats montrent la contribution de chaque composant (fibre, matrice et interface) sur la dissipation d’énergie. En fin, les propriétés d’amortissement déterminées à ces différentes échelles à l’aide de ces trois techniques expérimentales sont tracées sur une concernant la large gamme de fréquences et de températures
Vibration and noise are unavoidable problems in engineering products and daily life. Thus, the knowledge of the damping performances of engineering materials and the factors that affect these properties are highly required. Plant fiber composites (PFCs) have become a new option when considering the compromise between damping and stiffness. Current researches on damping are mainly work at the macroscale and the damping sources and mechanisms in plant fiber composites are complex and not fully revealed. Thus, the main objective of this thesis is to provide a better characterization and understanding of damping in PFCs using various experimental techniques at different scales and on a wide range of frequency. This thesis starts with the review of literature on the damping behavior of PFCs. Then, the influences of many parameters including matrix types, fiber architecture, woven pattern, temperature, frequency and moisture content on the damping properties of PFCs are investigated based on dynamic mechanical analysis (DMA) and modal analysis. Furthermore, a constant amplitude method as well as constant stiffness method are used to map the in situ damping properties at the microscale based on grid dynamic Nanoindentation (DNI). These results are then compared to those obtained from dynamic mechanical analysis and modal test methods. The results from DNI show the contribution of each component (fiber, matrix and interface) on energy dissipation. Finally, the damping properties measured using these three experimental techniques at the three different scales are plotted on a wide frequency and temperature range

Les fibres végétales, en tant que charges dans les matériaux composites, sont couramment utilisées. En revanche, peu d'expérimentations ont été menées avec des fibres végétales en tant que renfort. Bien que les fibres végétales, et notamment les fibres de lin, présentent un certain nombre d'inconvénients (propriétés géométriques et mécaniques variables, qualité variant d'une production à l'autre, présence de défauts. . . ), elles présentent également des avantages (biodégradabilité, faible densité, module élevé. . . ). Les différentes étapes possibles permettant de passer de la fibre de lin au matériau composite industriel à base de textiles de lin ont été analysées. . .

Proposer des solutions permettant de concevoir et de fabriquer des pièces automobiles performantes mais également respectueuses de l’environnement est devenu un enjeu majeur pour les équipementiers automobiles. Ces travaux de thèse s’inscrivent donc dans ce contexte de compréhension et d’amélioration des matériaux composites non-tissés aiguilletées renforcés par des fibres végétales. À partir d’un même matériau de base, il est possible d’obtenir des structures et des propriétés différentes grâce au contrôle du taux de porosités dans le matériau. On peut ainsi conférer au composite de bonne propriétés d’absorption acoustique à des taux de porosités élevés (50%) ou au contrainte privilégier la tenue mécanique du produit en les limitant. La structure du matériau et la liaison fibre/matrice vont évoluer avec la fraction de porosités et en résulteront des comportements mécaniques bien différents. Suivant le taux de porosité, les performances mécaniques seront donc principalement gouvernées par des paramètres différents tels que la liaison interfaciale ou le renfort. Dans un environnement automobile, les conditions climatiques (humidité et température) jouent un rôle prépondérant dans les performances des biocomposites non-tissés. En effet, l’adhérence fibre/matrice est essentiellement liée aux contraintes radiales compressives, qui sont largement influencées par l’état hygrométrique du renfort. Enfin, la valorisation les chutes de fabrication issues de la thermocompression pour modifier la structure du composite non-tissé a permis de développer un produit présentant un gain en rigidité significatif
Proposing solutions to produce more efficient and environmentally friendly automotive parts has become a major challenge for tier one suppliers. The work described in this thesis is about understanding and improving composite materials made with commingled plant fibre nonwovens. From the same initial nonwoven, it is possible to obtain very distinct material structures by controlling porosity content. One can then give to the material enhanced acoustic properties with high porosity content (50%) or in the contrary show good mechanical properties by limiting porosities. Material structure will evolve with porosity as well as its mechanical behavior. Thus, as function of porosity, interfacial adhesion of fibre mechanical properties will govern composite mechanical properties. Biocomposite automotive parts are exposed to a large range of climatic environments and their mechanical properties can vary significantly. Indeed, radial stresses are drastically influenced by the reinforcement hygroscopic state. Finally, the idea developing an innovative material structure from compression moulding wastes has helped enhancing material rigidity

Dans les travaux de cette thèse, des fibres extraites de la plante de chanvre et des agro-composites polypropylène renforcés par des fibres courtes ont été étudiés. Des essais de caractérisations expérimentales alliés à une modélisation numérique ont permis de comprendre et de déterminer leurs comportements mécaniques en tenant compte des considérations géométriques, des défauts naturels ainsi que la taille des fibres. De part leur nature, les fibres unitaires et les faisceaux de chanvre ont une structure, une forme et une composition complexe influençant leur comportement et leurs propriétés mécaniques. Les études menées dans cette thèse ont montré l’influence des conditions de cultures et de la variété de chanvre sur les propriétés des fibres et des agro-composites. Concernant l’agro-composite, d’autres méthodes expérimentales à la fois optique et macroscopique ont été utilisées pour la caractérisation de son comportement. La méthode de corrélation d’images sous diverses sollicitations mécaniques a mis en lumière l’hétérogénéité du comportement local de ces matériaux, montrant ainsi la non-homogénéité des propriétés mécaniques. Une étude complémentaire a montré l’influence de la répartition des fibres et du processus de fabrication des agro-composites sur l’endommagement et la rupture du matériau
In this thesis, fibres extracted from hemp plant and bio-composites polypropylene reinforced by short hemp fibres was investigated. Experimental studies coupled to numerical modelling have enabled to understand and determined their mechanical behaviour taking into account the geometrical shape, the natural defects and the size of hemp fibres. Microscopic experimental method has enabled to characterize the unitary fibre behaviour independently of fibre bundles. Due to their vegetal origins, hemp unitary fibres and bundles present a complex morphology and structure which have an impact on the mechanical properties of composite. Studies carried out the effect of the growing conditions and hemp variety on the fibre behaviour.For the bio-composite material, optical and macroscopic experimental characterization methods were used in order to determine the behaviour of a polypropylene PP reinforced by hemp fibres. The imaging correlation method is also used to analyse the local behaviour showing the heterogeneity of PP/hemp fibres reinforced material. Moreover, complementary work showed the impact of the fibre distribution and the manufacturing process on the composite properties and the damage initiation and growth