Ce travail de recherche porte sur la compréhension de la structure de la fibre de lin aux différentes échelles et sur l'étude de son comportement mécanique. En effet, dans le contexte de développement durable, le recours aux ressources végétales s'étend à de nombreux domaines d'applications industrielles dont celui des éco-composites structuraux. Dans un premier temps, sept variétés de fibres de lin sont comparées en terme morphologique (diamètre), de biocomposition et de propriétés mécaniques. Ensuite, l'étude structurale de la fibre de lin a porté sur les parois constitutives (nombre, épaisseur) et l'orientation des microfibrilles dans ces parois. L'analyse des courbes de contrainte-déformation obtenues par traction uniaxiale a permis d'évaluer les contributions élastique, viscoélastique et "plastique" au comportement globale de la fibre. L'orthotropie de son comportement mécanique a été mise en évidence par des essais de nanoindentation. Ces différentes données ont alors été utilisées pour identifier les paramètres majeurs qui gouvernent le comportement mécanique de la fibre de lin. Ainsi, des simulations du comportement mécanique de la fibre ont été entreprises dans le but de proposer une description phénoménologique.

Les fibres végétales utilisées comme renfort dans les matériaux composites présentent des propriétés mécaniques spécifiques concurrentielles par rapport à celles des fibres de verre. De plus, elles ont l'avantage d'être renouvelables et recyclables. Toutefois, leur principal inconvénient est leur sensibilité à l'humidité, ce qui a pour conséquence d'induire une baisse des propriétés mécaniques ainsi d'une décohésion de l'interface fibre/matrice. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier l'influence de l'humidité sur le comportement hygro-mécanique de fibres de lin. La première partie de mes travaux a été consacrée à la caractérisation des propriétés hygroscopiques et mécaniques de la fibre et du composite. Dans la deuxième partie, deux modèles multi-échelles, l'un analytique et l'autre numérique, ont été développés pour l'estimation des propriétés hygro-mécaniques des fibres élémentaires de lin. Ils utilisent en partie pour données d'entrée, les propriétés identifiées dans la première partie.

Les renforts à base de fibres de lin sont aujourd'hui une alternative capable de concurrencer les fibres synthétiques conventionnelles puisqu'ils sont écologiques, économiques et présentent des propriétés mécaniques intéressantes. Cependant, leur inconvénient majeur est leur absorption d'eau potentiellement importante qui affecte leurs propriétés mécaniques. Ce projet de recherche propose d'étudier le comportement hygroscopique et le couplage hygro-mécanique dans les composites lin / époxy. Cette étude repose sur une approche expérimentale multi-échelle et une modélisation du comportement visco-élasto-plastique avec prise en compte du couplage hygro-mécanique des composites renforcés par des fibres de lin. Les cinétiques de diffusion dans l'époxy et dans le composite ont été modélisées par une loi de type Langmuir et Fick respectivement. Les coefficients d'hygro-expansion des composites et des fils élémentaires qui constituent le renfort tissu ont été déterminés expérimentalement. Une étude de l'influence du conditionnement jusqu'à saturation à différentes humidités relatives sur le comportement mécanique dans les trois directions du stratifié a également été menée. Cette étude a montré l'existence d'une teneur en eau optimale pour laquelle les propriétés mécaniques sont optimales. L'émergence d'un comportement à deux régions linéaires a été mise en évidence et attribuée à la présence d'hétérogénéités locales au sein du renfort tissu. Des essais de fluage / recouvrance et de relaxation / effacement ont permis de mettre en place un modèle visco-élasto-plastique avec prise en compte du couplage hygro-mécanique. Ce modèle offre de bonnes capacités de prédiction et permettra de prévoir le comportement des structures composites renforcés par des fibres de lin en atmosphère humide.

Issu d'une agriculture française, le lin a de véritables atouts pour une utilisation comme renfort de matériaux composites, tels que les excellentes propriétés mécaniques spécifiques de ses fibres (tissu de soutien) et de nombreux co-produits dont les anas (tissus de conduction). Les anas représentent plus de 50 % de la biomasse produite suite au teillage dont la diversification de ses utilisations est une réelle problématique pour les teilleurs. L'approfondissement des connaissances sur les anas de lin est l'objet de la première partie, depuis leur origine comme tissu du xylème au sein des tiges de lin et jusqu'au renforcement de matériaux composites. Une étude microstructurale et des propriétés mécaniques des cellules du xylème de lin est menée, accompagnée de la caractérisation (granulométrique, biochimique, etc.) des anas suite à différents modes de broyage et comparativement à des poussières issues du teillage. Les propriétés mécaniques des composites injectés subséquemment réalisés sont ensuite analysées. Les conséquences des étapes de mise en œuvre sur la granulométrie des anas, la nature des co-produits ou encore des matrices thermoplastiques sont étudiées dans l'objectif de comprendre les mécanismes de renforcement des anas de lin. En deuxième partie, deux verrous sont analysés à l'échelle de la fibre unitaire : l'impact des conditions hygroscopiques sur l'organisation interne des microfibrilles de cellulose lors d'essais de traction par des mesures de diffraction aux rayons X (synchrotron Soleil), et enfin, les conséquences d'une maladie vasculaire, la verticilliose, sont étudiées sur les propriétés mécaniques des fibres et des parois végétales de lin.

Cette thèse développe des modèles prédictifs du comportement mécanique des matériaux textiles, de l'échelle du fil à celle de la structure. Un modèle mécanique d'un fil textile basé sur une approche discrète masses-ressorts est élaboré. Une étude de stabilité, de déformée et du tombé d'un fil est menée. Deux modèles discrets masses-ressorts de structures tissées sont ensuite développés, à deux échelles différentes. L'approche macro prend en compte de façon analogique des modes de déformation en extension, flexion, cisaillement, torsion à l'échelle d'une cellule de base. La minimisation de l'énergie potentielle de la structure en donne la forme d'équilibre ; la stabilité est analysée selon le critère de Dirichlet Lagrange. L'approche méso modélise explicitement les ondulations des fils et prend en compte les interactions entre fils de chaîne et trame. Des simulations en traction uni et biaxiales mettent en évidence les contributions à la déformation de la variation d'ondulation et de l'extension du fil, ainsi que l'effet des paramètres mécaniques des fils.

Composite Reinforcements for Optimum Performance, Second Edition, has been brought fully up to date with the latest developments in the field. It reviews the materials, properties and modelling techniques used in composite production and highlights their uses in optimizing performance. Part I covers materials for reinforcements in composites, including chapters on fibers, carbon nanotubes and ceramics as reinforcement materials. In Part II, different types of structures for reinforcements are discussed, with chapters covering woven and braided reinforcements, three-dimensional fibre structures and two methods of modelling the geometry of textile reinforcements: WiseTex and TexGen. Part III focuses on the properties of composite reinforcements, with chapters on topics such as in-plane shear properties, transverse compression, bending and permeability properties. Finally, Part IV covers the characterization and modelling of reinforcements in composites, with chapters focusing on microscopic and mesoscopic approaches, X-ray tomography analysis and modelling reinforcement forming processes. With its distinguished editor and international team of contributors, Composite Reinforcements for Optimum Performance, Second Edition, is an essential reference for designers and engineers working in the composite and composite reinforcement manufacturing industry, as well as all those with an academic research interest in the subject. - Discusses the characterization and modeling of reinforcements in composites, focusing on such topics as microscopic and mesoscopic approaches, X-ray tomography analysis, and modeling reinforcement forming processes - Provides comprehensive coverage of the types and properties of reinforcement in composites, along with their production and performance optimization - Includes sections on NCF (non-crimp fabrics), natural fiber reinforcements, tufting composite reinforcements, sustainability, multiscale modeling, knitted reinforcements, and more

Symmetric Galerkin Boundary Element Method presents an introduction as well as recent developments of this accurate, powerful, and versatile method. The formulation possesses the attractive feature of producing a symmetric coefficient matrix. In addition, the Galerkin approximation allows standard continuous elements to be used for evaluation of hypersingular integrals. FEATURES • Written in a form suitable for a graduate level textbook as well as a self-learning tutorial in the field. • Covers applications in two-dimensional and three-dimensional problems of potential theory and elasticity. Additional basic topics involve axisymmetry, multi-zone and interface formulations. More advanced topics include fluid flow (wave breaking over a sloping beach), non-homogeneous media, functionally graded materials (FGMs), anisotropic elasticity, error estimation, adaptivity, and fracture mechanics. • Presents integral equations as a basis for the formulation of general symmetric Galerkin boundary element methods and their corresponding numerical implementation. • Designed to convey effective unified procedures for the treatment of singular and hypersingular integrals that naturally arise in the method. Symbolic codes using Maple® for singular-type integrations are provided and discussed in detail. • The user-friendly adaptive computer code BEAN (Boundary Element ANalysis), fully written in Matlab®, is available as a companion to the text. The complete source code, including the graphical user-interface (GUI), can be downloaded from the web site http://www.ghpaulino.com/SGBEM_book. The source code can be used as the basis for building new applications, and should also function as an effective teaching tool. To facilitate the use of BEAN, a video tutorial and a library of practical examples are provided.