Search

International audience; Bio-composites still face some obstacles which are slowing down their development in new industries, due to the hydrophilic behavior of natural fibers. The aim of the present study is to investigate the multi-scale moisture diffusion phenomena in a unidirectional bio-composite material reinforced with flax fibers. The effects of fiber fraction, coupling agent and relative humidity on diffusion kinetics have been studied also. The investigatedcomposites consist of a polypropylene matrix with various flax fiber contents, to which maleic anhydride was added as a coupling agent. Samples were submitted to wet aging at two different relative humidity conditions (75% and 95%) and at a temperature of 23⁰C. Results have shown significant increase of moisture absorption with the increase of fiber content and relative humidity. However, after adding the coupling agent, composites have shown adecrease in moisture absorption due to the better adhesion at the fiber/matrix interface. It is noteworthy that once the fibers are incorporated in the matrix, the overall macroscopic property of the composite does not satisfy the classical lawsof mixtures, even for the maximum moisture absorption capacity.; En raison du comportement hydrophile des fibres naturelles, les bio-composites à base de fibres végétales et de matrice polymérique rencontrent encore des obstacles qui freinent leur développement à grande échelle.L'objectif de cette étude est donc d'évaluer les phénomènes d'absorption de l'humidité à plusieurs échelles au sein d'un matériau bio-composite unidirectionnel renforcé de fibres de lin. Les effets du taux de fibres, de l'agent couplant et de l'humidité relative sur la cinétique de diffusion sont également étudiés. Les matériaux sont constitués d'une matrice polypropylène (avec ou sans agent couplant: anhydride maléique) avec différents taux de fibres. Les échantillons ont été soumis à un vieillissement humide à deux humidités relatives(75% et 95%)et à une température de 23°C. Les résultats montrent une augmentation significative de l'absorption d'humidité avec l'augmentation du taux de fibres et de l'humidité relative. Cependant, avec l’ajout d'agent couplant, les composites présentent une diminution de leur hydrophilie,attribuée à une meilleure adhérence à l'interface fibre/matrice. Il est intéressant de noter qu’une fois les fibres incorporées dans la matrice, les propriétés macroscopiques globales du composite ne satisfont pas la loi des mélanges classique, particulièrement ence qui concerne la capacité maximale d’absorption d’humidité.

International audience; The aim of this work is to model the kinetics obtained for a co-cured multi-composite material from those identified foreach of the isolated materials. The simulated kinetics will be compared with experimental data. Two experimental campaigns were carried out under the same environmental conditions (70°C, 85% H.R.): the first one enabled to obtain the kinetics of composite materials A and B, andthe second, the one of the copolymerized bi-material AB. In order to predict water diffusion within multi-material assemblies, a numerical approach based on the finite difference method (FDM) has been developedand optimized. In the end, a good correlation was obtained between the experimental results and the numerical simulations.It takes into account two conditions at the interface: a jump in water content and a continuity of the mass flow of water. An initial simulation underestimated the experimental results. But considering the variability of the diffusive parameters of mono-materials, it has been possible to get closer to experimental kinetics. Then, even better results were obtained by considering an interphase between the composite layers.; Le but de ce travail est de modéliser la cinétique obtenue pour un matériau multi-composites cocuits à partir de celles identifiées pour chacun des matériaux seuls. La cinétique simulée sera comparée à des données expérimentales. Une campagne expérimentale a été mise en place, dans des conditions environnementales sévères(70°C, 85%H.R.). Elle a permis d'obtenir la cinétique des matériaux composites A et B seuls ainsi que celle du bi-matériaux copolymérisé AB. Afin de prédire la diffusion d’eau au sein d’un assemblage multi-matériaux, une approche numérique basée sur la méthode des différences finies (MDF) a été développée.Cette dernière prend en compte deux conditions à l’interface: un saut de teneur en eau et une continuité du flux massique d’eau. Une simulation initiale a sous-estimé les résultats expérimentaux. Mais, en prenant en compte la variabilité des paramètres diffusifs des mono-matériaux, il a été possible de se rapprocher davantage de la cinétique expérimentale. Puis, d’encore meilleurs résultats ont été obtenus en considérant ensuite l’existence d’une interphase entre les couches de composites

National audience; Durant leur vie en service, les composites à matrice polymère peuvent être exposés à des environnements humides. Ces matériaux absorbent alors de l’eau par leur matrice polymère, qui est hydrophile. Les performances et la durabilité des structures composites dépendent des champs de teneur en eau. Leur prédiction par des outils numériques impose donc de caractériser précisément les paramètres de la loi de comportement diffusif de ces matériaux. Toutefois, dans le contexte où l’on travaille sur des échantillons relativement épais, les données expérimentales sont parfois incomplètes : le régime permanent asymptotique n’est pas toujours atteint, d’autant que la diffusion de l’humidité est un phénomène relativement lent.L’objectif de ce travail consiste justement à étudier la pertinence des paramètres de diffusion identifiés sur des cinétiques de diffusion dont le palier de saturation n’est pas précisément défini. Deux types de cinétiques de diffusion ont été considérés durant cette étude : des cinétiques Fickiennes et des cinétiques non-Fickiennes, dont l’allure est typique du modèle « Dual-Fick ». Des expériences numériques, basées sur la génération de données bruitées correspondant à des valeurs de référence des paramètres de diffusion, ont été réalisées. Les paramètres de diffusion correspondant à ces cinétiques ont ensuite été identifiés sur ces séries de données, tronquées à partir d’un temps critique. Les paramètres de diffusion identifiés peuvent s’écarter assez fortement des valeurs de référence attendues lorsque le seuil de troncature est antérieur à l’établissement du régime permanent. Si les courbes de la teneur en eau globale interpolées sont quasiment indépendantes du seuil de troncature, les profils de teneur en eau dans l’épaisseur qui résultent des paramètres identifiés présentent une forte variabilité.

Le présent travail s’inscrit dans un objectif de prédiction du comportement et de la durabilité des matériaux composites en interaction avec un environnement humide. Il s’agit ici de modéliser et simuler les états mécaniques (déformation et contraintes) internes, aux différentes échelles du matériau composite, en considérant des couplages hygromécaniques (comportement diffusif dépendant des états mécaniques internes par exemple) et les effets induits comme les phénomènes de plastification de la matrice. Finalement, fort de ce formalisme, la problématique de la modélisation du comportement et de la durabilité des fibres naturelles et des biocomposites sera abordée.

International audience; The purpose of this paper is to take into account the deri vative by moisture content of polymer volume in order to establish a diffusion law within the so-called “thermodynamical approach” for a polymer material which experiences a hygro-mechanical load. In this study, the specific case corresponding to the existence of unsymmetrical hygroscopic boundary conditions was inv estigated.

National audience

International audience; The scope of the paper is to present the key points to be addressed in a durability study in the case composite materials in hygrothermomechanical environments. The experimental aging tests allowing the identificat ion of the diffusive behavior are presented. The induced effects on the mechanical behavior and the hygrothermomechanical coupling phenomenon are also examined.; L’objectif de cet article est de présenter les points-clés d’une étude de durabilité pour des matériaux composites soumis à un environnement hygrothermomécanique. La démarche permettant de réaliser des essais de vieillissement afin d’identifier le comportement diffusif est présentée. Les effets induits sur le comportement mécanique et les phénomènes de couplages hygrothermomécaniques sont ensuite examinés.

International audience; This paper is dedicated to the cure of an in-plane isotropic carbon-epoxy tooling material presenting a specific mesostructure. Eshelby-Kroner self-consistent model (EKSC) is used to achieve a two-steps scale transition procedure, allowing relating microscopic to macroscopic properties of the material, and estimating its multi-scale mechanical states. This procedure is used to predict the local residual stresses due to thermal and chemical shrinkage of the resin, depending on the manufacturing process conditions. An experimental investigation provides the BMI resin cure kinetics and mechanical properties as a function of the temperature and conversion degree. The consequences of these evolutions on the local mechanical states are investigated and discussed.

Cette étude porte sur l'identification des coefficients de dilatation hygroscopique de matériaux composites au moyen d'une nouvelle technique de mesure. Celle-ci repose sur l'insertion de capteurs optiques à réseaux de Bragg au coeur de la structure composite. Cette méthode est dédiée à la mesure de la déformation hygroscopique induite par la diffusion d'humidité dans un composite. L'évolution de la déformation, due à l'absorption d'humidité, a été représentée en fonction de la teneur en eau, afin de caractériser le coefficient de dilatation hygroscopique.

International audience; This paper is dedicated to the computation of the residual cure stresses in the Hextool®, a carbon-organic composite material, which is represented as a matt made of short mesoscopic reinforcements. A multi-scale simulation of its mechanical behaviour is carried out with a “mean-field” homogenization model (Eshelby-Kröner’s self-consistent model). A two-steps method is used in order to represent the microstructure of the unidirectional reinforcements, then the mesostructure of the Hextool ply, and enables one to compute the effective properties of the material and the (residual and service) local stresses. Some experimental data are used to establish the cure kinetics of the material, and the hardening phenomenon, which is taken into account incrementally. The results indicate that the residual stresses have a heavy impact on the resistance of the material in service life.; Cet article traite du calcul des contraintes résiduelles de cuisson dans le Hextool®, un matériau composite carbone – organique, qui se présente comme un mat à renforts mésoscopiques courts. Une modélisation multiéchelles de son comportement mécanique a été effectuée à l’aide d’un modèle d’homogénéisation « à champ moyen » (modèle autocohérent d’Eshelby-Kröner). Une méthode en deux étapes est utilisée, afin de représenter la microstructure des renforts unidirectionnels, puis la mésostructure du pli Hextool, et permet de calculer les propriétés effectives du matériau, ainsi que les contraintes locales (résiduelles et de service). Des données expérimentales ont permis d’établir la cinétique de cuisson de la résine, et de modéliser son durcissement, qui est pris en compte de façon incrémentale. Les résultats indiquent que les contraintes résiduelles impactent fortement la résistance du matériau en service.

International audience; Dans ce travail, la diffusion d'humidité dans les polymères renforcés par fibres de verre a été étudiée par les deux approches théoriques et expérimentales. Les diffusivités de la résine pure et du composite unidirectionnel, contenant différentes fractions volumiques de fibres de verre, ont été identifiées par l'intermédiaire d'essais de vieillissement hygrothermiques. L'objectif principal de l'étude consiste à comparer les évolutions, en fonction de la fraction volumique de renforts, des coefficients de diffusion d'humidité, déduits des expériences, aux valeurs calculées par l'intermédiaire des relations de transition d'échelle disponibles dans la littérature.

International audience; Largement utilisés pour des applications industrielles, les matériaux biphasés polycristallins présentent des hétérogénéités de comportement élastique, thermique et plastique à l'échelle de la phase et des cristallites. L'identification des lois de comportement des phases est nécessaire pour dimensionner une structure composée à partir de ces matériaux. Ce livre décrit des méthodes originales pour estimer les constantes d'élasticité et de dilatation thermique d'une des phases d'un système multiphasé. La démarche repose sur un couplage de résultats expérimentaux avec des modèles de transition d'échelles. Les propriétés de la phase beta du Ti-17 ont ainsi été caractérisées depuis l'échelle du cristal. Les hétérogénéités de comportement élasto-plastique des matériaux biphasés ont été investiguées lors de l'étude d'un alliage de Ti-662 fortement texturé. Des analyses de contraintes par Diffraction des Rayons X ont été confrontées à la simulation. Les outils numériques et les procédures expérimentales décrits dans cet ouvrage assurent une meilleure compréhension des mécanismes intervenant dans la génération des états mécaniques multi-échelles de matériaux biphasés.