Le développement de nouveaux composites co-mêlés à fibres continues et matrice thermoplastiques de grande diffusion verre/PP a apporté a priori une solution technologique, économiquement satisfaisante, aux problèmes de conservation, de mise en œuvre, de fragilité voire de recyclage des composites thermodurcis. Cependant, la jeunesse de ces nouveaux matériaux constitue paradoxalement un frein à une utilisation industrielle plus large, du fait d'une maîtrise imparfaite de leur comportement, notamment pour ce qui est du rôle de l'interface fibre/matrice. Le programme de recherche développé dans le cadre de ce travail a permis de préciser la sensibilité de diverses méthodes expérimentales (traction transversale, mécanique de la rupture, émission acoustique, fractographie) au paramètre 'interface', de mettre en évidence, d'une part, certaines grandeurs caractéristiques susceptibles d'être influencées de manière conséquente par une modification de la qualité interfaciale dans des proportions dépassant parfois 100% et, d'autre part, les effets séparés et couplés d'ensimages des renforts et de couplage de la matrice en termes de niveau d'adhésion fibre/matrice. Il est apparu en particulier qu'il était économiquement plus intéressant de porter les efforts de développement sur les ensimages des renforts plutôt que sur le couplage des matrices. A été mise en évidence, en outre, une instabilité du réseau physico-chimique constituant l'interphase entraînant la variation du comportement mécanique macroscopique du matériau au cours du temps dans des proportions significatives. Enfin, l'application de la mécanique de la rupture en mode I a permis de séparer les mécanismes d'amorçage et de propagation de fissures sur lesquels la qualité de l'interface/interphase a une influence spécifique.

GREFFAGE RADICALAIRE DU METHACRYLATE DE GLYCIDYLE APPORTANT DES FONCTIONS OXIRANNE SUR DU POLYPROPYLENE. ADAPTATION DE LA GRANULOMETRIE DU COPOLYMERE OBTENU. PROPRIETES MECANIQUES DE POLYPROPYLENES RENFORCES DE FIBRE DE VERRE DONT ON MODIFIE L'INTERFACE SOLIDE SOLIDE PAR LE COPOLYMERE

L'addition de fibres de verre courtes (pvc) a une matrice polypropylene (pp) permet d'augmenter tres sensiblement le module, la resistance ainsi que la stabilite dimensionnelle apres moulage mais elle provoque egalement une dramatique reduction de la capacite de deformation et donc une fragilisation des composites pp+fvc. Les objectifs de ce travail etaient: l'identification des micromecanismes de deformation et de rupture responsables du comportement fragile des composites pp+fvc; dans le cas particulier des pieces moulees par injection, la recherche des microstructures et des parametres (compositions de la matrice et de l'ensimage, conditions d'injection et d'essai) susceptibles de faciliter l'activation de tels mecanismes de fragilisation; l'etude de l'influence des parametres precedents sur les caracteristiques mecaniques a la rupture. Nous avons, entre autres, montre dans cette etude que: la presence de fibres de verre n'induit pas de modification microstructurales de la matrice susceptibles d'expliquer a elles-seules sa fragilisation mais elle provoque l'apparition de defauts, de concentrations de contraintes et d'une triaxialite de contraintes qui jouent un role de premier plan dans l'initiation et la propagation de la rupture, en particulier dans la zone de cur; - les parametres les plus influents au niveau du comportement a la rupture des composites et des caracteristiques mecaniques resultantes, sont ceux qui sont lies aux fibres: orientations et distributions de longueur de fibres et adhesion fibres-matrice a l'interface.

Dans l’optique de la recherche de la performance des matériaux et de la maitrise des processus industriels de transformation, ce travail a pour objet l’étude expérimentale et la modélisation de l’écoulement des composites thermoplastiques dans les conditions industrielles de mise en forme par injection.La première partie traite de l'étude expérimentale dans les conditions industrielles de mise en forme par injection, du comportement rhéologique et de l’étude de l’écoulement, dans des géométries simples, des composites en polypropylène renforcé de fibres de verre courtes. Dans un premier temps nous avons mis en évidence l'influence des paramètres thermomécaniques de transformation par injection sur la viscosité et l’élasticité des différents matériaux à l’aide d’un rhéomètre en ligne. Ces essais ont montré que la viscosité des composites à l’état fondu évoluait, d’une manière non linéaire, en fonction de la température, le taux de cisaillement et le taux de fibres. Cette partie est complétée par une analyse des pertes de charges dans des conditions non isothermes. Par ailleurs, les résultats des mesures rhéologique, nous ont permis de déterminer une loi de comportement rhéologique thermodépendante du composite à différents taux de fibres. Cette loi nous a servi à la simulation de la phase de remplissage de l’empreinte du moule au cours du cycle de moulage par injection. Dans la seconde partie, nous présentons une étude expérimentale à la fois qualitative et quantitative de la distribution et de l’orientation des fibres au cours des différentes phases du moulage par injection. Nous avons mené une étude expérimentale de la distribution des longueurs des fibres au cours de la phase de plastification. Ces travaux nous ont permis de mettre en évidence l’incidence de certains paramètres de réglage de la presse sur la casse des fibres et situer les endroits critiques de la dégradation des fibres. Ensuite, nous avons réalisé une étude expérimentale approfondie de la distribution et de l'orientation des fibres dans des plaques injectées, en fonction des conditions d'injection, de la composition du matériau composite et de la géométrie de la pièce.Nous avons mis en évidence, la formation dans l’épaisseur de la plaque, d’une structure “coeur-peau” à cinq couches avec une couche centrale orientée transversalement à la direction d’écoulement, de deux couches intermédiaires orientées principalement dans la direction d’écoulement et enfin de deux couches de peau légèrement moins orientées que les couches intermédiaires. Les épaisseurs des ces couches varient en fonction des conditions d’injection (températures, vitesses).La dernière partie traite la simulation numérique de la phase de remplissage du processus de moulage par injection des composites en PP/FV, basé sur une loi de comportement rhéologique déduite de l’expérimentation. Nous nous sommes intéressés particulièrement à la prédiction de l’orientation des fibres de verre courtes dans une plaque rectangulaire injectée, en fonction des conditions d'injection (températures, pressions, et vitesses), de la composition du polymère et de la géométrie de la pièce. D’autre part, Nous avons mis en évidence d’influence des paramètres d’injection sur l’évolution de la pression, la température et la vitesse moyenne d’écoulement dans l’empreinte du moule. Les résultats de la simulation sont comparés aux mesures expérimentales.

L'étude du comportement en flexion de composites unidirectionnels à matrice polypropylène renforcée de fibres de verre continues est utilisée comme critère de faisabilité de ces matériaux. L’élaboration a fait l'objet du développement d'un procédé de fabrication de composites à base de fils hybrides verre/polypropylène. Les cycles de mise en œuvre ont été optimisés en fonction de critères basés sur la microstructure et les propriétés élastiques des produits moulés. La caractérisation mécanique est axée sur la compréhension des modes de rupture sous sollicitation monotone. Les composites verre/polypropylène réalisés se caractérisent par des ruptures catastrophiques en compression sous sollicitation de flexion. Afin de s'affranchir des phénomènes de concentrations de contraintes dus aux appuis lors des essais de flexion trois points, un essai original de flexion par flambement post-critique a été développé. Cet essai, qui permet de générer une sollicitation de flexion pure, s'avère particulièrement adapté à la caractérisation de composite a matrice ductile. l'analyse détaillée du comportement en flexion induit a l'identification de deux mécanismes de dégradation: microflambage et glissement de fibres (essais de flexion trois points) et flambement/délaminage (essai de flexion par flambement. l'étude paramétrique des propriétés a rupture envisage l'influence de paramètres lies au matériau (matrice, microstructure, interface) et a la mise en œuvre (semi-produit verre/thermoplastique, tissu, conditions de moulage). une modélisation des mécanismes de dégradation, mettant l'accent sur la microstructure spécifique des composites verre/polypropylène induite par le procédé de transformation, est proposée