Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

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.