Comportement mécanique des bio-composites : approches multi-échelles et pluridisciplinaires

 

Unités de Recherche impliquées : UMET-Lille, UGSF-Lille, GEMTEX-Roubaix, UML-Lille

La disponibilité des fibres naturelles en France (80% de la production européenne de lin et de chanvre) et par ailleurs les très nombreuses études dans la littérature démontrant des caractéristiques mécaniques, à l’échelle de la fibre, proches de celles du verre, ont conduit au développement de composites à base de fibres naturelles. A l’inverse, les faibles performances, en termes de résistance à rupture des composites à base de fibres naturelles, nécessitent une compréhension fine du comportement mécanique multi-échelle et la prise en compte des paramètres d’élaboration à ces différentes échelles : fibres, mèches/fils, renforts (tissés, tressés, non-tissés, …) et composites. Sur ce domaine, la démarche expérimentale sera couplée au développement de modèles de comportement pour la simulation numérique. Par la diversité des domaines d’application des bio-composites, mais également par leurs propriétés constitutives (issues de l’origine végétale de ces fibres), on couvrira dans cette thématique l’influence des paramètres d’environnement (tenue hydrique, couplage thermique) mais également des traitements apposés pour l’obtention de certaines fonctionnalités (tenue au feu, entre autres) sur le comportement mécanique des bio-composites. Enfin les potentialités de recyclage des fibres naturelles, lorsqu’elles  sont associées  à  des  résines  bio-sourcées  thermoplastiques  nécessitent  de  s’intéresser  aux potentialités mécaniques des matériaux composites à base de constituants recyclés.

Du point de vue scientifique, cette thématique se focalisera notamment sur les verrous cités ci-dessous :

•   Caractérisation expérimentale du comportement mécanique aux différentes échelles.

•   Développement de modèles multi-échelles de comportement mécanique.

•   Identification expérimentale et développement de modèles de comportement mécaniques couplés aux paramètres ambiants (température, humidité, etc.).

•   Développement de modèles d’endommagement.

•   Identification du comportement mécanique de matières recyclées.

Le  projet  proposé  vise  donc  à  lever  les  verrous  existant  en  termes  d’élaboration des  bio-composites, d’optimisation des paramètres de cette étape sur le comportement mécanique, le couplage des conditions d’environnement sur leur comportement mécanique, ainsi que l’évaluation des propriétés mécaniques de matières bio-sourcées. Cette thématique s’appuiera sur les compétences expérimentales et de modélisation de l’UML et du GEMTEX et sur les potentialités d’élaboration des renforts à base de fibres naturelles du GEMTEX. L’expertise de l’UGSF (Équipe Fibres Végétales) en imagerie (microscopie, FT-IR, Raman, Plateforme de BioImaging, Analyse de populations microbiennes), permet une caractérisation fine des différents constituants des fibres (cellulose, hémicelluloses, lignine…), par approche méta-génomique pour une analyse détaillée des populations microbiennes responsables de la dégradation des matériaux en service et en fin de vie (recyclage) de matériaux. Cette compétence permettra de coupler à la détermination du comportement mécanique l’optimisation des propriétés constituantes des fibres naturelles et ainsi de s’inscrire dans des approches multidisciplinaires. L’équipe ISP de l’UMET apportera son expertise dans le domaine de l’ignifugation des matériaux, par le biais de ses équipements (mise en œuvre de composites thermoplastiques et de caractérisation des propriétés au feu des matériaux). Ses compétences sur la formulation de matériaux ignifuges innovants, sur le recyclage des matériaux, ainsi que sur l’élaboration et le développement de bancs feux à échelle réduite, associés à une approche de simulation, permettra de prendre en compte cette optimisation des propriétés d’ignifugation en la couplant à l’approche mécanique