Développement et caractérisation d’un composite biosourcé instrumenté et recyclable - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Development and Characterization of an Instrumented and Recyclable Biosourced Composite

Développement et caractérisation d’un composite biosourcé instrumenté et recyclable

Résumé

The objective of this work is to study the mechanical behavivour of a composite made from flax fibers associated with thermoplastic resin « Elium » and integrated in volume by piezoelectric sensors. Firstly, the effect of the integration of the piezoelectric sensors on the mechanical properties determined by static, fatigue and vibration tests is analyzed. Secondly, evolution of damage mechanisms is studied by means of the Acoustic Emission technique (AE). It has shown that materials with integrated sensors are more sensitive to AE, thus improving the identification of damage mechanisms and the integrated health monitoring of composite materials. Afterwards, particular attention is also given to the recycling property of the constituents of the instrumented biocomposite. On the one hand, a process of recovering and separating the piezoelectric sensors from the biocomposite at the end-of-life cycle is developed. Recovered sensors are then implanted a second time in another composite to compare the AE signals before and after the recovery process. On the other hand, a thermocompression recycling process is developed for composite waste valorization. Once the parameters of this process are optimized, five recycling operations are applied to the Elium resin as well as the flax/Elium composite. Static and fatigue tensile tests accompanied by AE technique as well as vibration tests are carried out on all recycled materials. The results obtained permit to determine the effect of several recycling operations on the mechanical properties of these materials (resistance, deformation and rigidity). Then, the damage mechanisms of unrecycled and recycled materials are identified and characterized using multi-parametric analysis on the detected signals.In adition, a finite element modeling of the dynamic problem is proposed. Then, the numerical and the experimental results are compared. Finally, the effect of several recycling operations on the dynamic properties is investigated and discussed.
L’objectif de cette thèse est l’étude d’un composite élaboré à partir de fibres de lin associées à une résine thermoplastique «Elium» et instrumenté en volume par des capteurs piézoélectriques intégrés. Tout d’abord, l’effet de l’implant piézoélectrique sur les propriétés mécaniques obtenues par des essais en statique, en fatigue et en vibration est analysé. Ensuite, une étude des mécanismes d'endommagement des matériaux instrumentés et non instrumentés est effectuée à l’aide de la technique d'Emission Acoustique (EA). Elle a montré que les matériaux avec capteurs intégrés sont plus sensibles à l’émission acoustique, améliorant ainsi l’identification des mécanismes d’endommagement et le contrôle de santé intégré des matériaux composites. Par la suite, une attention particulière est portée sur le recyclage des constituants du bio-composite instrumenté. D’une part, un procédé de récupération et de séparation des capteurs piézoélectriques du composite en fin de cycle de vie est développé. Les capteurs récupérés sont par la suite implantés une deuxième fois dans d’autres composites afin de comparer les signaux d’EA avant et après le process de récupération. D’autre part, un procédé de recyclage par thermocompression est développé pour la valorisation des déchets composites. Une fois les paramètres de ce procédé optimisés, cinq opérations de recyclage ont été appliquées à la résine Elium toute seule et au composite lin/Elium. Des essais de traction en statique et en fatigue suivis par la technique d’émission acoustique ainsi que des essais de vibrations sont effectués sur l’ensemble des matériaux recyclés. Les résultats obtenus ont permis de déduire l’effet de plusieurs opérations de recyclage sur les propriétés mécaniques de ces matériaux (résistance, déformation et rigidité). Ensuite, les mécanismes d’endommagement des matériaux recyclés et non recyclés sont identifiés et caractérisés en utilisant une analyse multiparamétrique des signaux collectés. Finalement, une modélisation par éléments finis du problème dynamique est proposée. Les résultats numériques obtenus par éléments finis sont alors comparés aux résultats expérimentaux et l’effet de plusieurs opérations de recyclage sur les propriétés dynamiques est discuté.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03656078 , version 1 (01-05-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03656078 , version 1

Citer

Sami Allagui. Développement et caractérisation d’un composite biosourcé instrumenté et recyclable. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Le Mans Université; Université de Sfax (Tunisie), 2021. Français. ⟨NNT : 2021LEMA1025⟩. ⟨tel-03656078⟩
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