L'objectif du projet de thèse est d'étudier et d'analyser le comportement mécanique à l'impact et en post impact de composites à fibres végétales. Le déroulement de cette thèse nécessite : L'élaboration et la caractérisation des matériaux de l'étude : Les matériaux de l'étude seront constitués de tissus à fibres végétales (lin et/ou chanvre) imprégnées de résine thermodurcissable (de type époxyde) ou thermoplastique (de type PP ou PLA). Ceux-ci seront fabriqués sous forme de plaque par la technique d'infusion sous vide ou la technique de la thermocompression, en fonction du type de résine. La caractérisation mécanique sera effectuée à partir d'essais mécaniques statiques et d'essais d'impact avec une tour de chute (à plusieurs niveaux d'énergie). Celle-ci sera d'abord menée sur des éprouvettes modèles (non impactées et non vieillis, sans et avec renfort fibreux) puis sur des éprouvettes dégradées (impactées à chaque niveau d'énergie et vieillis en humidité et température). La caractérisation de l'endommagement : Elle permettra, à partir des analyses d'images associées aux techniques de l'émission acoustique, de localiser et d'identifier les différents mécanismes d'endommagement intervenant dans ces matériaux au cours des diverses sollicitations choisies. Cette étude conduira à définir le degré de nocivité de ces endommagements tout en associant à la démarche l'influence des paramètres microstructuraux tels que la nature du renfort fibreux et des constituants (résine et fibres). L'identification de modèles de comportement : Il s'agit de proposer une méthode d'identification des paramètres matériaux de modèles de comportement tenant compte de l'endommagement au niveau de la microstructure du matériau (résine et torons de fibres). Cette étude conduira à la mise en œuvre d'une méthode de type recalage de modèles éléments finis en utilisant les bases de données expérimentales constituées notamment des mesures de champs cinématiques. L'objectif à terme est de disposer de modèles fiables et prédictifs pour le calcul de structures de ces matériaux dans l'industrie.

NOTRE TRAVAIL A PORTE SUR L'ETUDE DE L'INFLUENCE DES CONDITIONS DE FILAGE, C'EST-A-DIRE DE LA TEMPERATURE D'EXTRUSION, DE LA VITESSE DE TIRAGE ET DE LA QUANTITE DE REFROIDISSEMENT, SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES (ORIENTATION ET CRISTALLINITE) ET MECANIQUES DES FIBRES DE POLYPROPYLENE. DANS LA PREMIERE PARTIE EST PRESENTEE UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE PORTANT SUR L'INFLUENCE DES PARAMETRES MOLECULAIRES DU POLYPROPYLENE SUR SA RHEOLOGIE ET SA FILABILITE ET SUR L'INFLUENCE DES PARAMETRES DU PROCEDE SUR LES CINETIQUES DE CRISTALLISATION ET LES PROPRIETES MORPHOLOGIQUES DES FIBRES. LES FIBRES A FRISURE POTENTIELLE, FIBRES POSSEDANT LA PARTICULARITE DE BOUCLER LORSQU'ELLES SUBISSENT UN APPORTE D'ENERGIE, Y SONT ETUDIEES. LE DEUXIEME CHAPITRE DECRIT LA LIGNE DE FILAGE PILOTE, SON INSTRUMENTATION ET LES MOYENS DE CARACTERISATION DES FIBRES (DIFFRACTION DES RAYONS X, ANALYSE ENTHALPIQUE DIFFERENTIELLE ET DYNAMOMETRIE). LES RESULTATS, DISCUTES AU TROISIEME CHAPITRE, METTENT EN EVIDENCE L'IMPORTANCE DE LA QUANTITE DE REFROIDISSEMENT SUR LES PROPRIETES DES FIBRES EN SE BASANT SUR LA VISUALISATION DE LA BIREFRINGENCE EN LIGNE. EN PARTICULIER, IL EST MONTRE QUE LE TAUX D'ELONGATION MOYEN ET LES FACTEURS D'ORIENTATION DES PHASES CRISTALLINE ET AMORPHE AUGMENTENT LORSQUE LE REFROIDISSEMENT EST PLUS IMPORTANT. LES ETUDES EN MICROSCOPIE OPTIQUE A BALAYAGE METTENT EN EVIDENCE UNE STRUCTURE FIBRILLAIRE DES FIBRES. LEUR ANALYSE PAR DIFFRACTION DES RAYONS X MONTRE QUE LEUR MORPHOLOGIE PRESENTE UNE DOUBLE TEXTURE: L'UNE PARALLELE A L'AXE DE LA FIBRE ET L'AUTRE PERPENDICULAIRE A CET AXE. CETTE DOUBLE TEXTURE EST FAVORISEE PAR UN FAIBLE TAUX DE TIRAGE. LA SIMULATION DU PROCEDE DE FILAGE, DEVELOPPEE AU QUATRIEME CHAPITRE, PERMET DE CONSTATER QUE LES CINETIQUES GLOBALES DE CRISTALLISATION SOUS ELONGATION NE PEUVENT ETRE DECRITES PAR UNE LOI DE TYPE OZAWA QU'EN RELIANT SES COEFFICIENTS AU TAUX D'ELONGATION. ENFIN, LA DERNIERE PARTIE EST CONSACREE A L'ETUDE DES FIBRES A FRISURE POTENTIELLE. EN NOUS APPUYANT SUR LES RESULTATS PRECEDENTS, NOUS MONTRONS QUE LES PARAMETRES DE LA FRISURE DEPENDENT DE LA QUANTITE ET DE L'ASYMETRIE DU REFROIDISSEMENT, ET QU'IL EST POSSIBLE DE PREDIRE CETTE FRISURE MATHEMATIQUEMENT

Plusieurs types d'interactions existent entre un emballage (contenant) et le produit emballé (contenu). L'inertie d'un emballage est rarement totale, ce qui peut engendrer par exemple une altération des propriétés du produit emballé. Ce contact contenant/contenu peut également influencer les propriétés thermomécaniques de l'emballage. L'objectif général du travail de cette thèse consiste à développer une méthodologie expérimentale rigoureuse et pertinente pour caractériser les phénomènes observés et ainsi modéliser le système matériau/produit. Cette démarche a pour but la mise au point d'un outil d'aide à la conception des emballages en polymère, permettant la prédiction et la simulation de résistance mécanique de ces emballages, afin notamment d'améliorer leurs performances. Dans le cadre de ce travail, nous avons caractérisé la sorption de l'acétate d'amyle dans des flacons en polypropylène par les techniques de gravimétrie et de spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier avec différentes concentrations aux températures de contact de 23°C et de 40°C. Nous avons pu constater, à l'aide de ces deux techniques, que la quantité d'ester dans le polymère augmente en fonction de la température de vieillissement et de la concentration en ester. L'étude thermique par la technique de DSC a montré que la température de fusion augmentait et que le taux de cristallisation du polypropylène diminuait en fonction de la concentration d'acétate d'amyle, ce dernier jouant le rôle de plastifiant. Nous avons également identifié, à l'aide du logiciel SiDoLo, un modèle analytique de type sigmoïdal pour modéliser la sorption de l'acétate d'amyle dans le polypropylène Pour corréler l'évolution du module d'élasticité et de la RCV des flacons avec le vieillissement du polymère, nous avons réalisé des essais de traction simple sur des éprouvettes prélevées sur les flacons, ainsi que des essais de compression verticale sur des flacons. Pour identifier les paramètres de la loi de comportement des polymères solides, nous avons utilisé la méthode d'identification inverse sur les essais de compression verticale, en couplant le logiciel d'optimisation SiDoLo et le logiciel de calcul des structures par la méthode des éléments finis ABAQUS®. Cette approche nous notamment permis de proposer une évolution de ces paramètres en fonction de la concentration d'acétate d'amyle.

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

L'immersion permanente dans le liquide de refroidissement et les fortes variations de températures inhérentes à certaines applications automobiles constituant un environnement défavorable aux composites plastiques, les effets de cet environnement sur ces matériaux doit être connus afin de permettre une conception fiable des composants. Cette thèse présente une étude expérimentale et théorique sur un PPS/GF 40 et sa matrice. Les variations de températures et le vieillissement du matériau lié à l'immersion dans le liquide de refroidissement ont été investiguées de manière expérimentale via des essais de tractions cycliques et monotones sur le plastique pur et sur le composite en faisant varier la proportion de glycol dans le liquide de refroidissement. Les résultats de ces essais ont permis l'identification des principaux phénomènes physiques à l'œuvre dans le PPS pur et responsables des évolutions de son comportement mécanique en fonction de cet environnement hydro-thermique. Ces observations expérimentales ont permis la mise en place d'un modèle phénoménologique traduisant le comportement complexe du PPS et de l'extrapoler pour différentes températures. Les effets du vieillissement ont été intégrés au sein de ce même modèle via l'établissement d'une équivalence température/immersion. A partir de l'étude réalisée sur la matrice PPS, le modèle proposé a été extrapolé au niveau du composite via une homogénéisation analytique de son comportement. Un certain écart a été observé entre la prédiction du comportement plastique et le comportement observé expérimentalement. Une investigation par éléments finis de la cohésion fibre/matrice par endommagement d'inter-phase a été menée afin d'expliquer ces différences. Ce travail a permis de mettre en exergue l'influence du vieillissement sur cette cohésion et de quantifier la perte de résistance de cette inter-phase induite par l'immersion. Enfin, une étude expérimentale en fatigue a été menée sur le composite. Les similitudes observées avec le comportement en quasi-statique ont permis de réutiliser des paramètres du modèle développé afin d'extrapoler les courbes de Wöhler pour différentes températures. Cette extrapolation étant alors possible, un modèle 1D a été développé afin d'estimer l'élévation de température induite dans le matériau suite aux phénomènes d'auto-échauffement induits par la sollicitation en fatigue, tout en prenant en considération les effets du vieillissement sur la microstructure du matériau.