Résistance mécanique des alumines mésoporeuses, influence de la morphologie microstructurale - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Mechanical strength of porous alumina, infuence of microstructural morphology

Résistance mécanique des alumines mésoporeuses, influence de la morphologie microstructurale

Résumé

La présente étude porte sur la caractérisation mécanique de supports de catalyseurs utilisés en industrie pétrolière pour l’hydrotraitement des résidus de raffinage. Ces supports sont des extrudés cylindriques, de 1,4 mm de diamètre, constitués d’alumine de transition γ. En service, les supports doivent résister à différentes sollicitations mécaniques afin d’éviter la formation de fragments pouvant nuire au rendement de l’unité de raffinage. L’objectif de ce travail est d’étudier les relations entre les paramètres microstructuraux du matériau et ses propriétés mécaniques. Trois matériaux fabriqués à IFPEN présentant un même taux de porosité (70 %) mais différentes microstructures sont étudiées. Le comportement mécanique global en compression des extrudés a été étudié par des essais de micro-indentation sphérique et pyramidale. Ces essais montrent clairement que la morphologie microstructurale à iso-porosité influence fortement les propriétés élastiques et la résistance des extrudés. Une déformation inélastique est observée, se traduisant par des empreintes résiduelles. En revanche, aucune fissure n’est détectée autour de l’indent. Le comportement mécanique à l’échelle locale des entités microstructurales (grains, matrice) a également été étudié par des essais de nano-indentation Berkovich. Les grains présentent des propriétés mécaniques plus élevées que la matrice, y compris les grains plus poreux que la matrice. Une densification est observée sous l’indent à l’échelle locale grâce à la technique FIB/SEM. Un critère plastique de type Drucker-Prager-cap a été identifié numériquement à chaque échelle et pour chaque microstructure. L’influence de la microstructure et les effets d’échelle se traduisent dans les valeurs de cohésion et de compressibilité inélastique.
The study focuses on the mechanical characterization of catalyst supports used in the petroleum industry for the hydrotreating process of heavy oil fractions. These supports are cylindrical extrudates, 1.4 mm in diameter, made of γ transition alumina. In service, the supports must withstand various mechanical stresses in order to avoid the formation of fragments that could affect the performance of the refining unit. The objective of this work is to study the relationships between the microstructure of the material and its mechanical properties. Three materials was manufactured at IFPEN with the same porosity rate (70%) but different microstructures. The overall mechanical behavior in compression of the extrudates was studied by spherical and pyramidal micro-indentation tests. These tests clearly show that, for the same total porosity, the elastic properties and the strength of the extrudates is strongly influenced by the microstructural morphology. An inelastic deformation is observed under indentation, resulting in residual imprints. On the other hand, no crack is detected around the indent. The mechanical behavior at the local scale of the microstructural entities (grains, matrix) was also studied by Berkovich nano-indentation tests. The grains exhibit higher mechanical properties than the matrix, even grains that are more porous than the matrix. A densification is observed under the indent at the local scale thanks to the FIB/SEM technique. A plastic criterion of the Drucker-Prager-cap type was numerically identified at each scale and for each microstructure. The influence of the microstructure and the scale effects are reflected in the values ​​of cohesion and inelastic compressibility.
Fichier principal
Vignette du fichier
2020_Moula-PhD_Résistance mécanique des alumines mésoporeuses.pdf (9.87 Mo) Télécharger le fichier

Dates et versions

tel-03631189 , version 1 (07-04-2022)
tel-03631189 , version 2 (16-12-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03631189 , version 1

Citer

Marwa Moula. Résistance mécanique des alumines mésoporeuses, influence de la morphologie microstructurale. Matériaux. Université de Lyon; INSA Lyon; Ecole Doctorale EDA 034, 2020. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03631189v1⟩
94 Consultations
58 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More