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

Résumé

L’intérêt des composites à fibres naturelles pour les applications en ingénierie ne cesse de croître à cause de ces propriétés mécaniques intéressantes et de nouveaux règlements environnementaux. L’usage de ce nouveau matériau pour des applications en ingénierie nécessite cependant des études approfondies au niveau de leur comportement à long terme. En effet, ces composites dans le cadre d’une application industrielle vont être sollicités au cours de leur utilisation à des environnements hostiles (vieillissement) et à des contraintes mécaniques à long terme (fatigue, fluage, etc.). Le manque de données ou d’études sur leur durabilité peut constituer un frein au développement à l’échelle industrielle de ces composites. Par conséquent, l’étude du comportement à long terme des composites à fibres naturelles constitue une priorité pouvant permettre aux ingénieurs-praticiens de disposer des données fiables sur leur comportement à long terme afin de garantir la viabilité économique de ce matériau et des clauses sécuritaires pour des produits fabriqués à partir des composites à fibres naturelles. En conséquence, le but principal de cette thèse est d’étudier le comportement à long terme d’un matériau composite à fibres naturelles de lin/époxy en fatigue mécanique et au vieillissement cyclique. Plusieurs méthodes et analyses d’évaluation d’endommagement ont été utilisées en vue de comprendre la dégradation des propriétés mécaniques et chimiques de ce matériau au cours de sa durée de vie. Ses propriétés mécaniques spontanées et thermomécaniques ont été analysées préalablement afin de disposer des données suffisantes pour l’évaluation de son comportement à long terme. L’influence du vieillissement hydrothermal sur ses propriétés mécaniques a été évaluée. Les différents mécanismes d’endommagement liés à leurs sollicitations mécaniques et environnementales ont été étudiés à l’aide de la méthode d’émission acoustique et par les analyses microstructurales. Les résultats montrent que ce composite reste un matériau à fort potentiel pour des applications de structure en termes de propriétés mécaniques et durabilité en fatigue. Cependant, il reste sensible à l’influence du vieillissement hydrothermal qui génère une certaine dégradation de ces propriétés. On peut toutefois remarquer la bonne performance en fatigue hygrothermal de ce matériau. Les analyses des mécanismes de l’endommagement ont montré que la zone interfaciale fibre/matrice semble être la plus touchée par les sollicitations mécaniques et environnementales. Les analyses chimiques ont montré que le traitement chimique des fibres par cyanoéthylation permet de limiter la dégradation rapide du composite.

The interest of natural fiber composites for engineering applications is growing due to these interesting mechanical properties and new environmental regulations. However, the use of this new material for engineering applications requires in-depth studies of their long-term behavior. Indeed, these composites in the context of an industrial application will be solicited during their use in hostile environments (aging) and long-term mechanical stresses (fatigue, creep, etc.). The lack of data or studies on their sustainability may be a brake on the industrial scale development of these composites. Therefore, studying the long-term behavior of natural fiber composites is a priority that can be used by engineers. To have reliable data on their long-term behavior in order to guarantee the economic viability of this material and the safe clauses for products made from natural fiber composites. Consequently, the main aim of this thesis is to study the long-term behavior of a natural flax / epoxy fiber composite material in mechanical fatigue and cyclic aging. Several damage assessment methods and analyzes have been used to understand the degradation of the mechanical and chemical properties of this material over its lifetime. Its spontaneous and thermomechanical mechanical properties have been analyzed beforehand in order to have sufficient data for the evaluation of its long-term behavior. The influence of hygrothermal aging on its mechanical properties was evaluated. The various mechanisms of damage related to their mechanical and environmental stresses have been studied using the acoustic emission method and by microstructural analyzes. The results show that this composite remains a material with high potential for structural applications in terms of mechanical properties and durability in fatigue. However, it remains sensitive to the influence of hygrothermal aging which generates a certain degradation of these properties. However, the good hygrothermal fatigue performance of this material can be noticed. Analysis of the mechanisms of damage showed that the fiber / matrix interfacial zone appears to be the most affected by mechanical and environmental stresses. Chemical analyzes have shown that the chemical treatment of fibers by cyanoethylation makes it possible to limit the rapid degradation of the composite.