L'objectif de cette étude est de modéliser le comportement d'un matériau composite à fibres courtes soumis à des impacts basses vitesses. Le matériau étudié est un matériau composite préimprégné SMC " Sheet Molding Compound ", composé de résine polyester, de fibres courtes de verre E et charge minérales. Une première partie de l'étude rappel les lois élastoplastiques endommageables de ce type de matériau. Ces lois ont été implantées dans un code de calcul explicite par éléments finis (LS_DYNA et EUROPLEXUS). Des essais de caractérisations des SMC-R sous diverses sollicitations ont été réalisés afin de mettre en place de nouvelles lois de comportement. Les sollicitations sont de types traction simple, traction cyclique Pure, compression pure, compression cyclique pure, couplage de traction-compression, cisaillement simple, cisaillement cyclique, couplage cisaillement -traction et compression dynamique. Une première approche des effets de vitesse de déformation sur le comportement sont mis en place. Les essais ont permit de déterminer les lois d'endommagement et de plasticité afin de les implémenter dans un code de calculs par éléments finis. Les lois obtenues étant nécessaires à l'étude de l'impact. La deuxième partie de l'étude présente l'analyse expérimentale de l'impact. Les impacts ont été réalisés à l'aide d'une machine d'impact à masse tombante pour différentes énergies (4, 8, 12, 16 J). Les défauts après impacts sont contrôlés par RX, ressuage, et analyse microscopique afin d'analyser et quantifier les défauts créés pendant les impacts. Ces analyses ont montré un défaut après l'impact du type tronconique dans l'épaisseur des plaques. Enfin, une comparaison est fait entre les résultats obtenus expérimentalement et ceux obtenues à partir de la simulation numérique explicite. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques a montré que les simulations numériques de l'impact sont en bon accord avec les résultats expérimentaux autant en termes de comportement global (effort et déplacement) qu'en termes de tailles des défauts relevés après impacts.

Le comportement physico-chimique d'un matériau composite à fibres courtes est fortement dépendant de l'orientation de ces dernières. Ce travail, basé sur une méthode d'orientation de fibres de carbone par champs magnétiques consiste à élaborer des matériaux composites anisotropes contenant des taux de fibres d'environ 20%. Dans ce but, une compréhension des phénomènes physiques présents dans la méthode d'orientation sous champs est nécessaire. Une modélisation présentée dans ce travail permet de résoudre l'équation du mouvement d'une fibre seule soumise à un champs à composantes statique et oscillante. De plus, les différents paramètres influençant l'orientation sont évalués. L'anisotropie des matériaux élaborés sous champs est évaluée de façon non destructive à l'aide d'un système d'acquisition couplé à un logiciel de traitement des images. Une procédure de filtrage de l'image a été mise au point de façon à déterminer précisément la fonction de distribution en orientation des fibres. Une méthode de mesure de la conductivité thermique en régime permanent est utilisée afin d'évaluer l'orientation des fibres en trois dimensions. Une bonne corrélation est établie entre l'orientation mesurée par analyse d'image et celle déduite de la conductivité thermique. Néanmoins, il faut constater que les modèles théoriques étudiés sont insuffisants pour déduire le facteur d'orientation de la conductivité thermique mesurée. Enfin, l'influence de l'orientation des fibres sur le module d'élasticité du matériau est mesurée pour différentes natures de fibres et pour différentes résines époxydes (on constate que le gain en module est également corrélé avec le facteur d'orientation). Les résultats sont en accord avec certains modèles théoriques

POUR REALISER DES PIECES DE STRUCTURE POUVANT RESISTER AU CHOC MECANIQUE A PARTIR D'UN POLYMERE, IL FAUT LUI CONFERER UNE BONNE RESILIENCE TOUT EN LE RIGIDIFIANT. DANS LE CAS DU PA-6, ON OBTIENT UN MATERIAU MOINS CASSANT EN LE MODIFIANT A L'AIDE D'UN ELASTOMERE ET ON LE RIGIDIFIE AVEC DES FIBRES COURTES DE VERRE. DANS CE TRAVAIL, NOUS AVONS ETUDIE LES ROLES DU TAUX D'EPR (L'ELASTOMERE), DE LA CONCENTRATION DE FIBRES ET DE L'ETAT DE L'INTERFACE FIBRE/MATRICE SUR LA TENUE MECANIQUE DE CETTE FAMILLE DE COMPOSITES. DANS CE BUT, DES MATERIAUX MODELES INTERMEDIAIRES ONT ETE ELABORES ET SOLLICITES EN TENSION UNIAXIALE MONOTONE, STATIQUE (FLUAGE), DYNAMIQUE (FATIGUE CYCLEE) ET EN RUPTURE ENTAILLEE. LES RESULTATS INDIQUENT QUE L'ELASTOMERE A UN ROLE BENEFIQUE CAR IL ABAISSE LA CONTRAINTE D'ECOULEMENT PLASTIQUE DE LA MATRICE, CE QUI INDUIT NOTAMMENT UNE BONNE RESISTANCE A L'AMORCAGE ET A LA PROPAGATION DE FISSURE. CEPENDANT, SON TAUX DOIT ETRE MAITRISE AFIN DE MAINTENIR UNE PLAGE DE CONTRAINTE A FAIBLE VITESSE DE FLUAGE LA PLUS LARGE POSSIBLE. LES RESULTATS QUALITATIFS ISSUS DES OBSERVATIONS DES MODES D'ENDOMMAGEMENT PAR MEB, DES ANALYSES DE L'ACTIVITE ACOUSTIQUE ET DES COURBES DE CHARGEMENT SONT VALIDES PAR LES VALEURS DE CONTRAINTE DE CISAILLEMENT OBTENUES PAR UNE METHODE SIMPLE UTILISANT LA DISTRIBUTION DES LONGUEURS DES FIBRES DANS LES COMPOSITES. POUR TOUS LES TAUX DE RENFORT EXPLORES, L'EMPLOI DE FIBRES CONDUISANT A UNE INTERFACE PEU LIEE AVEC LE PA-6 MODIFIE EPR DONNE DES MATERIAUX AUX CARACTERISTIQUES MECANIQUES BIEN INFERIEURES A CELLES OBTENUES AVEC DES FIBRES FORTEMENT LIEES. DANS CE DERNIER CAS, L'AUGMENTATION DU TAUX DE RENFORT RESULTE EN UNE FRAGILITE ACCRUE PAR LES EFFETS CONJUGUES DE LA REDUCTION DE LA TAILLE DE ZONE PLASTIQUE ET DES ENERGIES D'AMORCAGE ET DE PROPAGATION DE FISSURE. LA TENUE EN FATIGUE EN EST AFFECTEE. LE SEUL AVANTAGE RESIDE DANS L'ELARGISSEMENT DE LA PLAGE DE CONTRAINTE A FAIBLE VITESSE DE FLUAGE.

Les préoccupations économiques et environnementales liées au recyclage et aux besoins en éco-matériaux conduisent à explorer des matières premières jusque-là destinées à d’autres applications. Ceci est le cas pour le lin, matière abondante et de très bonne qualité en Normandie, Actuellement, il est surtout exporté en Chine ou en Italie, et transformé dans l’industrie textile. La valorisation de cette matière naturelle est à l’ordre du jour dans le cadre de plusieurs projets nationaux dont LINT-Lin Technique normand pour l’intégration du lin dans les matériaux composites. Dans le monde entier, un intérêt de plus en plus croissant est porté sur la fabrication des matériaux de construction incorporant des fibres végétales. Du point de vue matériau de construction, le lin est utilisé sous plusieurs formes : fibres, anas, etc. Les applications se situent principalement dans le domaine des bétons afin d’améliorer les propriétés mécaniques, thermiques et d’isolation phonique. Les matériaux incorporant des fibres végétales sont font partie de l’ensemble générique appelé agro-matériaux. L’élaboration de composites cimentaires avec des végétaux dépend d’un certain nombre de paramètres telles que les proportions du mélange, les méthodes de malaxage, de manipulation et de mise en place qui s’avèrent très influentes sur les propriétés des composites à l’état frais et à l’état durci. Ce travail, réalisé au sein du Laboratoire sur les matériaux de Construction de l’ESITC Caen et du laboratoire de Cristallographie des Matériaux (Crismat, UMR 6508) de Caen, consiste à étudier le rôle des fibres de lin sur la rhéologie des pâtes cimentaires, la microstructure des composites obtenus et leurs propriétés mécaniques. Les paramètres relatifs aux fibres sont leur morphologie (longueur), leurs caractéristiques mécaniques, leur état de surface et leur taux volumique. Le mémoire est constitué de cinq chapitres. Le premier est une étude bibliographique qui présente les caractéristiques des fibres végétales les plus usitées en éco-construction en portant une attention particulière à la fibre de lin. Les propriétés des composites cimentaires incorporant des fibres végétales sont présentées et discutées en termes de la nature et du taux des fibres ainsi que des facteurs de mise en œuvre les plus influents. La caractérisation des constituants de la matrice cimentaire et des fibres de lin est présentée dans le deuxième chapitre. La formulation et la préparation des matériaux composites cimentaires y sont décrites de façon détaillée afin de donner une vision générale sur les méthodes de mise en œuvre typiques à ces matériaux. Le troisième chapitre porte sur la caractérisation des pâtes mortier - fibres de lin à l’état frais. L’analyse de la consistance, du temps de prise et de la variation dimensionnelle a été menée dans le but de comprendre les effets de différents paramètres du mélange et de proposer une optimisation de la mise en œuvre. La caractérisation physique, mécanique et microstructurale des composites mortier - fibres de lin à l’état durci fait l’objet du quatrième chapitre. Dans le cas de la formulation béton – fibres de lin, l’étude de la consistance à l’état frais et des propriétés mécaniques à l’état durci est présentée dans le cinquième et dernier chapitre. La conclusion générale rappelle les principaux résultats de l’étude en mettant en exergue la complémentarité des différentes méthodes utilisées, et propose des voies d’investigaton pour compléter ce premier travail sur les matériaux de construction « bétons – fibres de lin

L’utilisation des composites à matrice organique pour des applications structurales à haute température est de plus en plus souvent envisagée, notamment dans certaines zones de turbomachines aéronautiques. A cette fin, il devient nécessaire d’analyser les effets du vieillissement thermo-oxydant sur le comportement mécanique d’un polymère et des composites associés. Cet ouvrage met en relief des méthodologies expérimentales originales qui permettent, par analyse inverse, de développer et d’identifier une loi de comportement du polymère dépendant du vieillissement ainsi que les déformations d’origine chimique. Ces informations sont utilisées pour le calcul des contraintes internes induites par un vieillissement thermo-oxydant dans des composites unidirectionnels à fibres continues de carbone. Comportement mécanique des composites à matrice organique se différencie des autres ouvrages par son approche. Il examine des lois de comportement thermomécaniques locales dépendant de l’oxydation grâce à l’emploi d’essais couplés et non couplés à l’échelle microscopique. Il présente des modèles originaux afin d'intégrer toute la richesse de la phénoménologie observée expérimentalement, grâce à l'emploi de variables internes correctement choisies.

DES MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE D'ALUMINIUM AS7G06 RENFORCEE PAR DES FIBRES COURTES DE CARBURE DE SILICIUM ONT ETE ELABORES PAR RHEOMOULAGE. LA DEFORMABILITE A HAUTE TEMPERATURE DE CES MATERIAUX EST ETUDIEE EN TRACTION ET COMPRESSION. LES PARAMETRES CONSIDERES SONT LA FRACTION VOLUMIQUE DE RENFORT, LA TEMPERATURE D'ESSAI ET LA VITESSE DE DEFORMATION AFIN D'EN DEDUIRE LES CARACTERISTIQUES DE L'ECOULEMENT VISCOPLASTIQUE: LE COEFFICIENT DE SENSIBILITE DE LA CONTRAINTE D'ECOULEMENT A LA VITESSE DE DEFORMATION ET L'ENERGIE D'ACTIVATION APPARENTE DU PHENOMENE. LES EVOLUTIONS DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES, LA REORIENTATION ET L'ENDOMMAGEMENT DU RENFORT AINSI QUE L'INTERACTION CHIMIQUE A L'INTERFACE FIBRE MATRICE ONT ETE ANALYSES. L'ENSEMBLE DE CES OBSERVATIONS SONT CORRELEES DE MANIERE A DEFINIR LES CONDITIONS OPTIMALES DE TRANSFORMATION DE CE TYPE DE MATERIAU ET AMELIORER NOTRE CONNAISSANCE DE LEUR COMPORTEMENT MECANIQUE

L'industrie des matériaux composites ne cesse d'évoluer et de croître en mettant en place de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies. En substitution des matériaux d'origine fossile que les matériaux d'origine naturelles (et surtout végétales) commencent à voir le jour. C'est dans ce contexte que notre travail de recherche est proposé. Il s'intéresse à la caractérisation du comportement mécanique d'un composite à matrice Polypropylène, renforcé avec des fibres de Chanvre et du bois de Chanvre (Chènevotte). Les différents moyens et techniques de caractérisation, utilisés par la présente étude, ont montré que ces nouveaux matériaux sont dotés de propriétés, en particulier mécaniques, de haut niveau, qui viennent rivaliser avec celles des autres composites classiques à base de fibres de verre et de carbone.Les essais expérimentaux en statique et de fatigue, ont révélé beaucoup de détails en comparaison avec d'autres matériaux composites. Ces informations ont permis de créer une sorte de base de données qui pourra servir de référence pour d'autres composites de la même famille à base de fibres végétales. Ainsi, des mécanismes d'endommagement ont été mis en évidence grâce aux essais mécaniques (traction monotone, charge-décharge, ...) associés à des observations microscopiques (Microscope Electronique à Balayage), et à des outils de détection du dommage basés sur l'émission acoustique. Par le biais de cette technique, nous avons pu apprécier la qualité et l'importance de l'interface fibre/matrice qui est un paramètre fondamental pour la présente étude et pour la détermination de la loi de comportement du composite.La modélisation micromécanique a été intégrée dans ce travail de thèse, grâce au modèle de Mori-Tanaka. Le comportement des matériaux à l'endommagement n'a pas été pris en considération ; seule l'élasticité a été étudiée. A l'aide de ce modèle, nous avons pu remonter aux propriétés intrinsèques des constituants (le module d'élasticité longitudinale des renforts: Chanvre et Chènevotte).