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Modélisation de l’étape de chauffage infrarouge des biocomposites de type PET-Chanvre en thermoformage

Hamani Ibrahime. (2016). Modélisation de l’étape de chauffage infrarouge des biocomposites de type PET-Chanvre en thermoformage. Thèse de doctorat, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

Dans le contexte du développement durable, les biocomposites constitués de polymères renforcés de fibres végétales représentent pour plusieurs laboratoires, la nouvelle génération de matériaux à application spécifique. L’association des fibres cellulosiques (non abrasives, résistantes, légères, structurées) avec les matériaux classiques (métaux, plastiques, fibres synthétiques, bétons, etc.) permet, généralement, la réduction du coût de fabrication de produits avec moins d’impact environnemental. Dans le domaine du thermoformage, l’utilisation des biocomposites, à matrice thermoplastique avec renforts végétaux, n’a pas été suffisamment étudiée. Pour ce procédé, la mise en forme de ces matériaux s’effectue principalement en deux étapes : i) chauffage infrarouge (IR) dans un four et, ensuite, ii) mise en forme du produit désiré à l’aide d’un moule de géométrie donnée. La qualité du produit moulé dépend largement de la répartition de la température dans la préforme lors du chauffage. Afin d’élucider la réponse thermique aux radiations infrarouges des préformes composites minces, à base d’une matrice thermoplastique semi-transparente (polyéthylène téréphtalate, PET) renforcée de fibres de chanvres, nous avons développé une approche hybride. Elle est basée sur le couplage de la méthode des éléments finis (MEF), non linéaire en 3D (pour l’équation de conservation de l’énergie), et la méthode des ordonnées discrète 1D (MOD) (pour l’équation de transfert radiatif). Cette approche présente l'avantage de pouvoir s'adapter au procédé dans toute sa complexité. Dans un premier temps, nous avons confronté nos résultats numériques avec les données expérimentales dans le cas du PET vierge. Ensuite, nous avons étudié numériquement l’étape de chauffage infrarouge pour le thermoformage de trois types de plaque mince en biocomposites (PET-Chanvre). Les résultats obtenus par la modélisation hybride montrent une bonne concordance avec les résultats analytiques et les observations expérimentales. En application au thermoformage, les résultats de la simulation de l’étape de chauffage infrarouge des biocomposites PET-Chanvre montrent que pour la même énergie de chauffage, les biocomposites chauffent plus vite que le PET vierge.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Thèse de doctorat)
Date:Septembre 2016
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Doctorat en ingénierie
Nombre de pages:172
ISBN:Non spécifié
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie > Génie des matériaux et génie métallurgique
Sciences naturelles et génie > Génie > Génie mécanique
Sciences naturelles et génie > Sciences appliquées > Foresterie et sciences du bois
Sciences naturelles et génie > Sciences mathématiques > Mathématiques appliquées
Sciences naturelles et génie > Sciences naturelles > Physique
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Programmes d'études de cycles supérieurs en ingénierie
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):Erchiqui, Fouad
Mots-clés:biocomposites, chauffage infrarouge, éléments finis 3D, méthode des ordonnées discrètes, PET-Chanvre, thermoformage
Déposé le:27 avr. 2017 08:08
Dernière modification:27 avr. 2017 21:35
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