Architecture du renfort

Les fibres qui viennent d’être présentées servent à fabriquer des renforts ayant des archi-tectures variées. Le textile a comme objectif de garantir une position relative des fibres entre elles afin d’assurer une distribution régulière des efforts sur la section transversale des éléments portants. Le textile doit conserver sa stabilité géométrique lors des manipulations diverses, y compris lors de sa mise en œuvre dans le cadre des TRC. Historiquement, les matériaux composites ont été utilisés pour des pièces de type plaques/coques (faible épaisseur devant les autres dimensions). Ainsi, les fibres étaient placées dans la direction principale de la sollici-tation mécanique de la pièce à fabriquer. Sur ce principe, les renforts uni-directionnels (UD) (figure 1.4.a) remplissent cette fonction en offrant une direction privilégiée devant les deux autres. Les renforts tissus (tissés, tricotés, tressés ou cousus) ou les mâts permettent d’avoir un comportement plus "isotrope" dans le plan de la plaque (figure 1.4.b). Les renforts textiles bidimensionnels sont utilisés uniquement pour la reprise des efforts dans les deux directions du plan. Les efforts hors plan, dans le cadre d’un composite, sont ainsi repris par la matrice elle-même. C’est la raison pour laquelle, les composites constitués de renforts bidimensionnels ont une faible résistance dans le sens perpendiculaire à son plan et sont très sensibles au déla-minage. Enfin, plus récemment, des renforts 3D ont été utilisés pour des pièces de plus en plus massives (tri-dimensionnelles) nécessitant des propriétés mécaniques équivalentes dans toutes les directions et donc des fibres dans toutes les directions (figure 1.4.c).

La diversité des types de renforts est complétée par la diversité des motifs des architec-tures élémentaires. Ainsi, les renforts tissés sont par exemple caractérisés par les paramètres de structure suivants, dictant en grande partie les propriétés du renfort et du composite en résultant :

— la masse surfacique du renfort ou grammage en g/m2; — le type d’architecture 1D à 3D (figure1.4) ;

— l’armure : le motif du tissage (figure 1.5) ;

— l’embuvage, qui caractérise l’ondulation du tissu, exprimé en %, et défini par :

Embuvage = ^Lmèche L_tissu × 100

Par exemple, pour un taffetas (figure 1.5.a) l’embuvage sera d’environ 150% alors que pour un satin de 8 (figure 1.5.b), l’embuvage sera d’environ 110%.

Figure 1.4 – Différents types de renforts hiérarchisés par rapport à leurs architectures [25]

Figure 1.5 – Quelques types de tissages 2D rencontrés dans les renforts des composites : (a) taffetas, (b) satin de 8 et (c) sergé 2/2 [24]

1.3 Procédés de production de TRC

Plusieurs techniques de production de TRC ont été développées en fonction du renfort, de la matrice utilisée ainsi que la destination du composite TRC. En fonction du procédé de fabrication retenu, le composite pourra être entièrement mis en œuvre in situ (Coulage, laminage et projection) ou pourra être préfabriqué en usine par des machines spécialement développées à cet effet avant d’être acheminé sur son lieu de destination (techniques dérivées du principe de pultrusion). Ce paragraphe décrit ces procédés de fabrication et présente leurs avantages et inconvénients.

1.3.1 Coulage

Cette technique consiste à fixer le textile dans le coffrage et couler ensuite le béton en une seule étape. Des textiles 2D ou 3D peuvent être appliqués. La matrice doit avoir une consistance très fluide. La figure 1.6 illustre le processus de fabrication d’un élément de construction TRC en forme de losange en appliquant la technique de coulage. Tour d’abord un coffrage en forme de losange a été fait et les textiles ont été insérés autour de cet élément de coffrage (figure 1.6.a). La matrice est ensuite coulée dans le moule (figure 1.6.b). La figure 1.6.c illustre le processus de démoulage et la figure 1.6.d affiche l’élément fini en TRC.

Figure 1.6 – Procédé de fabrication d’un élément de construction en TRC sous forme de losange [26]

Le procédé de coulage atteint ses limites lorsque la structure de renfort devient très dense pour une production horizontale ou quand elle a une rigidité insuffiante pour une production verticale. Une structure de renfort dense, par exemple plusieurs couches de textile étroitement placées, ne peut pas être enrobée par la matrice même si une grande énergie de compactage est appliquée. A une rigidité insuffisante, la structure du renfort ne peut pas avoir une position stable en raison de la pression exercée par la matrice. Ce procédé est adapté pour la fabrication des plats 2D ou de simples éléments de construction 3D .

1.3.2 Laminage

Le laminage, nommé aussi starification manuelle ou moulage au contact, se réalise dans un moule préalablement conçu ou directement sur la pièce à réparer (notamment dans le cadre du renforcement ou de la réparation de poutres béton armé par TRC). Une fine couche de matrice est appliquée sur le substrat avant de déposer le renfort textile. Par l’intermédiaire d’une truelle et/ou un débulleur, la matrice doit permettre l’enrobage du renfort en éliminant toute inclusion d’air et en imprégnant au mieux les fils. Le procédé est ensuite répété jusqu’à ce que l’épaisseur du composant soit atteinte (figure 1.7).Cette technique ne nécessite ni matériel onéreux, ni main d’œuvre hautement qualifiée. Cependant, Elle ne permet pas d’atteindre des taux volumiques de renfort aussi importants que dans le cas de composites préfabriqués et en plus elle demande un temps de mise en œuvre élevé.

Figure 1.7 – Technique de laminage [26]

1.3.3 Projection

Cette technique est similaire à celle du laminage (la matrice et le textile sont appliqués couche par couche). La différence entre les 2 procédés réside dans l’application de la matrice. Au lieu d’être appliquée à la truelle et/ou au débulleur, la matrice est projetée à l’aide d’une ma-chine (Figure 1.8.a). Cette technique permet d’améliorer le taux de production (temps de mise en œuvre réduit) mais présente un risque d’enrobage et d’imprégnation de moins bonne qualité du textile par rapport au laminage, ce qui peut diminuer considérablement les caractéristiques mécaniques du composite.

Pour des applications verticales de ce procédé, une matrice pompable et pulvérisable est exigée. Ainsi, pour qu’elle adhère aux surfaces verticales, la matrice doit présenter une viscosité importante.

Figure 1.8 – Renforcement d’une coque par TRC : (a) injection de la première couche de matrice et (b) application du textile [26]