3.1.2 La nature des renforts . . . 76 3.2 Compaction des renforts secs . . . 79 3.2.1 Exploitation des essais de compaction . . . 79 3.2.2 Taux de remplissage surfacique . . . 82 3.2.3 Modèle de compaction . . . 84 3.2.4 Précision de l’ajustement . . . 84 3.2.5 Identification des phases de compaction . . . 86 3.2.6 Résultats des essais . . . 89 3.3 Conclusions . . . 103
3.1 Présentation des renforts
3.1.1 L’architecture des différents renforts
Afin de mieux comprendre l’architecture des renforts et de réaliser la différence qu’ils présentent les uns par rapport aux autres, nous allons présenter dans cette première section les caractéristiques des différents renforts utilisés au cours de cette thèse.
3.1.1.1 Les unidirectionnels (UD)
Ce sont des nappes ou des rubans constitués de fibres parallèles entre elles et orientées dans une seule direction. Lorsque la liaison transversale entre les fibres est assurée par de la résine, on parle de préimprégnés. Cette cohésion transversale inter-fibres peut être également réalisée par un léger tissage où les fibres de tissage (dans le sens transversal) sont de l’ordre de 2% de la masse totale du renfort. On parle de renfort quasi-unidirectionnel lorsque ce tissage transversal présente des fibres en quantité faible par rapport aux fibres du sens longitudinal.
3.1.1.2 Les bi-biais
Les tissus bi-biais (ou bi-axiaux) sont composés de deux nappes unidirectionnelles positionnées à +45◦/-45◦et maintenues par un fil de couture dans le sens de l’épaisseur.
3.1.1.3 Les tissus
Un tissage est un procédé de fabrication de textile dans lequel deux ensembles distincts de mèches sont entrelacés à angle droit pour former un tissu. Le tissu est généralement fabriqué sur un métier à tisser. Les fils qui sont dans le sens du métier sont appelés des fils de chaîne et les fils transverses prennent le nom de fils de trame.
On appelle armure le mode d’entrelacement des fils de chaîne et de trame c’est-à-dire la manière dont ces deux types de fils s’entrecroisent les uns avec les autres. On distingue principalement trois familles d’armures : la toile, le sergé et le satin.
La toile (appelé aussi tissage simple ou uni) : dans l’armure toile, chaque fil de trame passe alterna- tivement, à chaque rangée, au-dessus puis en-dessous de chaque fil de chaîne. C’est l’armure la plus ancienne et la plus simple. Elle est aussi la moins déformable du fait d’un grand nombre d’entrecroisements.
Le sergé : cette armure est facile à repérer car elle crée des lignes en diagonale. Le fil de trame flotte au-dessus de un ou plusieurs fils de chaîne puis passe en-dessous de un ou plusieurs fils de chaîne. De plus, chaque nouveau fil de trame se décale par rapport au précédent pour que les passages sous le fil de trame ne soient pas alignés mais forment un effet oblique.
Le satin : ici, le fil de chaîne chevauche plusieurs fils de trame avant de repasser sous un fil de trame et de recommencer. Le satin est la plus complexe des armures car le passage du fil de trame sous le fil de chaîne est variable et déterminé grâce à des méthodes mathématiques en fonction de l’aspect final que l’on souhaite obtenir pour le tissu. C’est l’armure la plus déformable et elle est souvent utilisée pour réaliser des formes complexes. Le satin reste l’armure tissée qui présente le moins d’oscillation des mèches et possède donc de bonnes caractéristiques mécaniques dans le plan. La différence avec le sergé réside dans le décalage des points de tissage entre deux mèches consé- cutives qui ne se touchent jamais pour le satin.
3.1.2 La nature des renforts
Les essais de compaction ont été menés sur douze renforts différents. Il s’agit de renforts en lin, en carbone et en verre.
3.1.2.1 Les renforts lin
Huit renforts à base de fibres de lin sont impliqués dans cette étude. Ils sont tous produits en France et proviennent de diverses entreprises.
Les avantages de la fibre de lin sont nombreux. Ces fibres offrent notamment une faible densité (donc un allègement de la structure), une rigidité spécifique plus élevée que celle des fibres de verre, une absorption des vibrations plus élevée que celle des fibres de carbone et de verre, des isolations thermique et acoustique supérieures à celles du carbone, et elles ont un faible impact sur l’environnement comparativement à la fibre de verre par exemple.
Les fibres de lin constituant ces différents renforts sont passées par les quatre étapes habituelles de préparation du lin textile : l’arrachage, le rouissage, le teillage et le peignage. Même si les caractéristiques mécaniques de ces renforts ne sont pas connues, on peut se référer aux informations fournies dans le chapitre 1.
Les renforts lin utilisés dans nos travaux comportent une toile1, deux sergés, deux bi-biais, un UD,
un quasi UD et un UD grille (UD normal + 2 légers tissages perpendiculaires dans le sens longitudinal et transversal). Le tableau 3.1 résume les caractéristiques relatives à chacun de ces renforts. Le titrage (3èmecolonne du tableau) est la mesure utilisée pour déterminer la grosseur ou la finesse d’un fil ou d’une mèche. L’unité de mesure internationale du titrage est le tex, donné en gramme par kilomètre.
Armure Grammage
(g/m2)
Titrage (tex (g/km))
Type Réf. photo
Toile 240 60 fil L1 (fig. 3.1a)
Sergé 2/2 370 514 mèche L2 (fig. 3.1b)
Sergé 1/3 720 2769 mèche L3 (fig. 3.1c)
Bi-biais 2x45◦ 250 - nappe de fibres L4 (fig. 3.1d)
Bi-biais 2x45◦ 750 - nappe de fibres L5 (fig. 3.1e)
UD 175 - nappe de fibres L6 (fig. 3.1f)
UD Grille 200 2000 mèche L7 (fig. 3.1g)
Quasi UD 200 556 mèche L8 (fig. 3.1h)
Tableau 3.1 – Caractéristiques des renforts lin
Nous avons notamment réalisé des essais de compaction sur ces différents renforts de lin mais un seul parmi eux a été utilisé pour la mise en œuvre et la caractérisation mécanique.
3.1.2.2 Le renfort carbone
Les fibres de carbone sont essentiellement utilisées pour renforcer les matériaux composites. Elles sont réputées pour leurs hautes performances mécaniques, surtout en traction. Les caractéristiques méca- niques de ces fibres ont été présentées dans le chapitre 1. Le renfort carbone utilisé dans le cadre de cette étude est un tissu bidirectionnel équilibré 0/90◦à structure sergé 2/2, et ayant un grammage 189 g/m2.
1. Pour la toile en lin, c’est un titrage du fil. Mais tous les autres titrages (y compris le verre et le carbone) sont des titrages de mèche.
(a) L1 (b) L2
(c) L3 (d) L4
(e) L5 (f) L6
(g) L7 (h) L8
Armure Grammage (g/m2)
Titrage en tex (g/km)
Type Réf. photo
Sergé 2/2 189 189 mèche C1 (fig. 3.2)
Tableau 3.2 – Caractéristiques du renfort carbone
C1
FIGURE3.2 – Apparence du renfort carbone
3.1.2.3 Les renforts verre
Les renforts à fibres de verre impliqués dans notre travail de thèse sont des tissés à structures satin et sergé. Trois renforts ont été utilisés. Deux parmi eux sont des satins de 4 (l’un est fin (275 g/m2de grammage) et l’autre est plutôt grossier avec un grammage de 560 g/m2) et le troisième est un sergé 2/2 de grammage 400 g/m2. Les fibres de verre ont de très bonnes caractéristiques spécifiques et sont largement utilisées dans le renforcement des plastiques. Les propriétés mécaniques des tissus de verre utilisés dans cette étude ne sont pas connues mais il s’agit de tissu de verre E standard. Le tableau 3.3 résume les propriétés mécaniques de ce type de verre.
Propriétés mécaniques Valeurs
Contrainte à la rupture en traction (MPa) 3200 - 3400 Module d’Young en traction (GPa) 72 - 73 Allongement à la rupture (%) 4,6 - 4,8 Tableau 3.3 – Propriétés mécaniques des fibres de verre [151]
Armure Grammage
(g/m2)
Titrage en tex (g/km)
Type Réf. photo
Sergé 2/2 400 312,5 mèche V1 (fig. 3.3a)
Satin de 4 275 306 mèche V2 (fig. 3.3b)
Satin de 4 560 1167 mèche V3 (fig. 3.3c)
(a) V1
(b) V2 (c) V3
FIGURE3.3 – Apparence des renforts verre