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.

LE PRESENT TRAVAIL VISE A APPORTER UNE CONTRIBUTION A L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE EN RIGIDITE ET A RUPTURE D'UN MATERIAU COMPOSITE FIBRES-CIMENT. LA PREMIERE PARTIE, A CARACTERE BIBLIOGRAPHIQUE, POSITIONNE LA RECHERCHE TANT DU POINT DE VUE SCIENTIFIQUE QUE TECHNOLOGIQUE: DIFFICULTES DE CARACTERISATION DE CES MATERIAUX HETEROGENES, DIFFICULTES DE MODELISATION DU COMPORTEMENT EN DEFORMATION DES STRUCTURES METTANT EN UVRE CES COMPOSITES, DIFFICULTES DE MISE EN UVRE DE CES MATERIAUX DANS LE CONTEXTE CLASSIQUE DU GENIE CIVIL. LA SECONDE PARTIE EST CONSACREE A L'ELABORATION DE TECHNIQUES EXPERIMENTALES ORIGINALES APTES A IDENTIFIER LES DIFFERENTES CONSTANTES ELASTIQUES ET LE COMPORTEMENT EN RIGIDITE DES COMPOSITES FIBRES-CIMENT. DANS LE CAS DE FORMULATIONS DE COMPOSITES MODELES ELABOREES SUIVANT DES PROCEDURES DE TRANSFORMATIONS INDUSTRIELLES, L'ANALYSE EXPERIMENTALE EST PARTICULIEREMENT ORIGINALE VIS-A-VIS DE L'ETUDE DU COMPORTEMENT EN DEFORMATION DE PLAQUES SOUMISES A DES CHARGEMENTS MULTIAXIAUX ET VIS-A-VIS DE LA REPRESENTATION GRAPHIQUE POLAIRE APTE A DECRIRE LES FACTEURS D'ANISOTROPIE PROPRES AU MATERIAU. VIS-A-VIS DE LA RUPTURE, APRES UNE ANALYSE FINE DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT OU DES CAUSES DE RUINES DES COMPOSITES FIBRES-CIMENT, LA RECHERCHE PORTE SUR LA VALIDATION D'UN ELEMENT FINI FISSURANT APTE A MODELISER LE COMPORTEMENT ULTIME DES COMPOSITES DOUES D'UN COMPORTEMENT FRAGILE SOUMIS A DES CONDITIONS DE CHARGEMENT UNI ET MULTI-AXIAL. LA DERNIERE PARTIE, SYNTHESE ET CONCLUSION, EST CONSACREE A L'ANALYSE CRITIQUE DES METHODES EXPERIMENTALES ET NUMERIQUES MISES EN UVRE, A UNE CONFRONTATION DE LA PERFORMANCE DE CES METHODES VIS-A-VIS DE CELLES RETENUES A PARTIR DE L'ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

Afin de prolonger leur durée de vie et d'assurer la sécurité des usagers, les structures en béton peuvent nécessiter un renforcement au cours de leur durée de service. La technique de renforcement par collage externe, en surface, de composites renforcés de fibres de carbone, de verre ou d'aramide à l'aide de résines durcissant à température ambiante est largement employée pour son efficacité et sa facilité de mise oeuvre. Toutefois l'utilisation à la fois de fibres synthétiques et de matrices polymères produit un impact écologique non négligeable. L'objectif de ce travail de recherche est d'examiner la possibilité d'utiliser des fibres de lin pour le renforcement externe de structures en béton. Les propriétés mécaniques spécifiques et le bilan environnemental avantageux des fibres de lin en font une alternative intéressante aux fibres de verre. Cependant leur origine naturelle conduit à une plus grande variabilité des propriétés, à un comportement en traction non linéaire et une sensibilité accrue à l'humidité. Les principaux objectifs du travail de thèse portent ainsi sur la sélection des matériaux et la mise en oeuvre les plus adaptés, sur l'évaluation des performances du matériau et de son adhérence au support béton et sur une évaluation de la durabilité des propriétés du système. Dans une première partie expérimentale deux méthodes de mise en oeuvre du renfort à fibres de lin (stratification au contact et collage de lamelles rigides) sont développées et caractérisées. Des observations tomographies X confirment la bonne imprégnation des fibres et la cohésion des composites. Les essais de traction révèlent un comportement en traction bilinéaire comme décrit dans la littérature, avec des propriétés d'effort par largeur de bande comparables aux composites de renfort à fibres de verre. La caractérisation des interfaces composite/béton menée par tests de cisaillement à double recouvrement confirme une bonne adhérence qui se traduit par une rupture cohésive dans le substrat béton. La nature des fibres ne semble pas influencer le comportement de l'interface. Les systèmes de renforcement à fibres de lin sont donc capables de reprendre des efforts transmis par cisaillement de façon comparable aux matériaux de renfort à fibres de verre. Dans une deuxième partie des essais exploratoires de durabilité ont ensuite été menés pour vérifier la pérennité des propriétés de ces deux composites de renfort dans un environnement de service. Un vieillissement accéléré artificiel en enceinte climatique est mis en place tandis que des composites à fibres de lin stratifié au contact sont exposés pendant un an à l'environnement extérieur. Un second vieillissement hygrothermique à 70°C est mené pendant 4 semaines. Les dégradations des propriétés des composites à fibres de lin sont comparables à celles de certains composites de renfort à fibres de verre. Malgré la nature hydrophile des fibres de lin, les premiers essais ne montrent pas de dégradations des propriétés qui rendraient le composite impropre à une utilisation comme renfort extérieur de structures en béton.

Les composites à fibres de carbone et matrice organique sont pressentis pour réaliser certaines parties structurales de l'ATSF (Avion de Transport Supersonique du Futur). Une étude de durabilité va être menée pour vérifier que les conditions d'exploitation de l'avion (60 000 h de vol supersonique à 120°C) soient bien supportées par les matériaux. Pour simuler le comportement mécanique sur des durées aussi longues, on choisit un modèle viscoélastique non linéaire, qui utilise une répartition gaussienne des temps de relaxation. Une méthodologie d'identification est établie, séparant les contributions des différents paramètres. Deux matériaux sont étudiés : T800H/F655-2 et IM7/977-2. Les essais mécaniques retenus pour décrire le contexte thermomécanique d'utilisation sont des maintiens sous charge, sans endommagement, à 120°C.

LES PROPRIETES D'UN MATERIAU COMPOSITE DEPENDENT NON SEULEMENT DES PROPRIETES INTRINSEQUES DES ELEMENTS CONSTITUANTS, LA FIBRE ET LA MATRICE, MAIS EGALEMENT DE L'INTERFACE LES SEPARANT. UNE BONNE LIAISON INTERFACIALE EST ESSENTIELLE A UN TRANSFERT DE CONTRAINTE EFFICACE ENTRE LA MATRICE ET LA FIBRE. DEUX APPROCHES DIFFERENTES D'AMELIORATION DE L'ADHESION FIBRE/MATRICE ONT ETE ETUDIEES: ENROBAGE DE FIBRES AVEC UN ENSIMAGE SPECIFIQUE A LA MATRICE ET UTILISATION D'UNE TECHNIQUE DE FABRICATION REACTIVE IN-SITU POUR GREFFER DES GROUPEMENTS FONCTIONNELS AU SQUELETTE DU POLYMERE AFIN D'ACTIVER LA MATRICE. LES DEUX SYSTEMES, MODIFICATION PAR ENSIMAGE ET MODIFICATION DE LA MATRICE, ONT ETE EXAMINES DANS LES MATERIAUX COMPOSITES RENFORCES PAR LES FIBRES DE VERRE-E, RESPECTIVEMENT, A MATRICE POLYAMIDE 6.6 ET POLYPROPYLENE. LES CONSTITUANTS, LA FIBRE, L'ENSIMAGE ET LA MATRICE ONT ETE ANALYSES INDIVIDUELLEMENT, PUIS COMBINES DANS LE MATERIAU COMPOSITE. TROIS METHODES D'EVALUATION DE LA RESISTANCE DE LA LIAISON FIBRE/MATRICE ONT ETE DEVELOPPEES: LE MODELE D'EFFICACITE D'ADHESION, L'ANALYSE VISCOELASTIQUE ET LE TEST DE LA MICROGOUTTE