Thèse%des%bois% MISE%EN%ŒUVRE%ÉCO.CONÇUE%DE%COMPOSITES%À% BASE%DE%BOIS%EN%VUE%D APPLICATION%NAVALE% %3%juillet%2013$

MISE%EN%ŒUVRE%ÉCO.CONÇUE%DE%COMPOSITES%À%

BASE%DE%BOIS%EN%VUE%D’APPLICATION%NAVALE%

Anne$Lavale)e,$doctorante$GCE$/$Dubourdieu$

Régis$Pommier,$Encadrant$GCE$

Chris?ne$Delisée,$Michel$Danis,$$Directeurs$GCE$/$MPI$

Emmanuel$Mar?n,$Chan?er$naval$Dubourdieu$

Thèse%des%bois%

%3%juillet%2013$

$ $

1$

1$

(UMR UBx (UB1, IPB) / CNRS / Arts et Métiers ParisTech / USC INRA)

01/01/2011, regroupement des laboratoires de mécanique de Bx

. GCE Génie Civil et Environnemental 21 EC + 1 IR

. APY Acoustique Physique 7 EC + 6 C

. TREFLE Fluides/Transferts 28 EC + 4 C +2 IR

. MPI Matériaux Procédés Interactions 14 EC . IMC Ingénierie Mécanique et Conception 17 EC

. DUMAS Durabilité Matériaux Assemblages 17 EC + 1 C + 1 IR

Actions transverses

. Ingénierie du Bois et de ses Composites . Tenue en service des matériaux et structures . Evaluation/Contrôle Non Destructif

. Constructions et Energie Durables

1

Compétences$:$

•  Imagerie$3D,$stéréovision$$

•  Matériaux$composites,$collage$du$bois$

•  Concep?on,$écoFconcep?on$et$assemblage$de$connaissances$

•  Diagnos?c$des$ouvrages$(dont$anciens)$

•  Durabilité,$préserva?on$du$bois$

•  Rela?ons$sylviculture/propriétés$des$bois$

•  Modélisa?on,$calcul$scien?fique$

•  Mécanique$de$l’endommagement$et$de$la$rupture$

•  Fluage,$durée$de$vie,$assemblages$

•  Conseil$en$Timber$Engineering$(réglementa?on,$…)

$

!

3$

Contact:$anne.lavale)e@uFbordeaux1.fr$

$

%

$$

$

$

$

$

$

La$forme$

Les$matériaux$$

Les$revêtements$

La$propulsion$

Les$équipements$$

Développement$d’un$

matériau$à$base$de$bois$à$

des?na?on$des$coques$et$de$

l’agencement$des$bateaux.$$

Projet$GREENBOAT*:$

Repenser$la$concep?on$

des$bateaux$afin$de$

minimiser$leur$impact$

environnemental$par$une$

réflexion$sur$:$

I%C O N TE XT E, %O BJ EC TI FS %E T% AP PL IC AT IO N S%

$

*Par?e$du$projet$ABOVE$

$

Concevoir%un%matériau%composite%innovant%à%desUnaUon%

des%coques%et%de%l’aménagement%intérieur%des%bateaux.%%

$ Le$matériau$doit$:$$

$ F  sa?sfaire$aux$performances$mécaniques$requises$dans$la$construc?on$

navale$

F  perme)re$d’ajuster$le$panneau$à$la$forme$de$la$coque$$

$ F  minimiser$l'impact$environnemental$de$la$structure$$

5$

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I%C O N TE XT E, %O BJ EC TI FS %E T% AP PL IC AT IO N S%

Avantages%majeurs%du%procédé%:%

$ F  Simplifica?on$de$la$gamme$de$fabrica?on$

F  Meilleure$ap?tude$au$cintrage$$

Principe%:%

% Mise$en$œuvre$d’un$bois$à$forte$teneur$en$eau$$

U?lisa?on$ d’un$ adhésif$ polyuréthane$ mono$ composant$

Polymérisa?on$avec$l’eau$du$bois$

(MC$>$30%)$

7$

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II% PRE SE N TAT IO N %D U %P RO CE D E% D E% FAB RI CAT IO N %D U %MAT ERI AU %

Bâche&souple&étanche&

Tissu&absorbant&

Tissu&perforé&

Tissu&d’arrachage Contreplaqué&vert&

Cire&anti;adhésive&

Demi;moule&plan&ou&

courbe&

Prise&de&vide

Mastic&d’étanchéité&

% Principe%:%

% %

% %

% %

Avantages%:%

$

$$$$$$$$$F$$$$

des$équipements$peu$onéreux$et$simples$

F  des$dimensions$non$limitées$et$des$formes$variées$$

F  une$pression$iden?que$répar?e$sur$l'ensemble$du$matériau$

formé$et$faible$par$rapport$aux$procédés$tradi?onnels$

Schéma'du'moulage'sous'vide'

II% PRE SE N TAT IO N %D U %P RO CE D E% D E% FAB RI CAT IO N %D U %MAT ERI AU %

9$

Fabrica?on$d’un$bordé$de$bateau$:$

$

c)' Contreplaqué' des;né' à' être' plaqué' sur' les' membrures'

II% PRE SE N TAT IO N %D U %P RO CE D E% D E% FAB RI CAT IO N %D U %MAT ERI AU %

$

•  Grammage$d’adhésif$$

•  Teneur$en$eau$du$bois$

Déroulage$de$pin$mari?me,$$

2,4$mm$d’épaisseur,$5$plis$

Adhesif$PU$(Collano$RP$2554)$$

11$

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Grammage (g/m²)!

Teneur en eau (%)!

12 30 60 100!

500!

250!

Domaine d'étude

Plan'd'expériences'complet':'' 8'configura;ons'étudiées'

Réponse$:$

qualité$du$collage$

$ Paramètres$d’entrée$:$$

F$teneur$en$eau$$

F$grammage$d'adhésif$$

III %E FFE T% D ES %P ARAME TRE S% D E% FAB RI CAT IO N $

Tests$de$cisaillement$

d’après$la$norme$NF$EN$314$

Faciès'de'rupture'

Sec?on$cisaillée:$25$x$25$mm^2$

2%cycles%de%préparaUon%

des%éprouve\es% DescripUon%

I$(essai$témoin)$ Immersion$24h$en$eau$froide$(20$±$3°C)$

II$(condi?ons$extrêmes)$ Immersion$72h$en$eau$bouillante$

2$x$10$échan?llons/panneau,$$

8$panneaux$

III %E FFE T% D ES %P ARAME TRE S% D E% FAB RI CAT IO N $

13$

$

$$

$

$$

$$

$

$$

$

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Contraintes%de%cisaillement%:%

$ supérieures$aux$valeurs$

requises$pour$un$usage$

industriel$(1$MPa)$$

$ valeurs$les$plus$élevées$pour$

les$panneaux$:$

•  500$gF60%$

•  250$gF30%$$

•  500$gF30%$

500 250

1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9

0,8

100 60

30 12 C5

Moyenne

C6 Graphique des effets principaux pour 72h contrainte cis

Moyennes des données

G (g/m²) MC (%)

Contrainte de cisaillement moyenne (N/mm2 )Contrainte$de$cisaillement$moyenne$τ$(MPa)$

Cycle$I$

Cycle$II$

Effet'de'chaque'facteur'sur'la'réponse'globale'

250$ $500$$$$$$$$12$$$$$$30$$$$$$60$$$$$$100$

250$ $500$$$$$$$$12$$$$$$30$$$$$$60$$$$$$100$

2,6$

2,4$

2,2$

2,0$

1,8$

1,6$

1,4$

1,2$

1,6$

1,5$

1,4$

1,3$

1,2$

1,0$

1,1$

0,9$

III %E FFE T% D ES %P ARAME TRE S% D E% FAB RI CAT IO N $

Mise en contact de la colle et du bois (propriétés de surface).

Colle Bois

Développement des forces d'adhésion

(imprégnation)

Création d'un système cohésif global

Observation de la qualité du collage Absorption. L'imprégnation ne doit

être ni trop importante ni trop faible.

3 couches de cellules doivent être remplies. Un joint d’épaisseur constante doit être observé.

Adsorption. Le mouillage conditionne les forces de liaison développées entre l'adhésif et le substrat

Etude des propriétés surfaciques de la colle et du bois

Observations

microscopiques du joint Tests mécaniques

III %E FFE T% D ES %P ARAME TRE S% D E% FAB RI CAT IO N $

15$

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F4,5$

F4$

F3,5$

F3$

F2,5$

F2$

F1,5$

F1$

F0,5$

0$

0$ 20$ 40$ 60$ 80$ 100$ 120$

Energie%de%mouillage%(mJ/m2)%

Teneur%en%eau%du%bois%(%)%

Energie'de'mouillage'du'bois'avec'la'colle'en' fonc;on'de'la'teneur'en'eau'

E_w=$γ_L$(cos$θF1)$$

III %E FFE T% D ES %P ARAME TRE S% D E% FAB RI CAT IO N $

500g-60%

1 mm

500g-12%

$Joint$correct$$

Joint$trop$mince$

$

Angle'de'contact'mesuré'sur'les'plis' de'bois':'10'mesures'/'teneur'en'eau'

Coupes'de'joints'observés' au'microscope'op;que'

250&

500&

100& 90&

80& 70&

60& 50&

40& 30& 20&

G"(g/m2)"

τ"(Mpa)"

MC"(%)"

2,5;3&

2;2,5&

1,5;2&

1;1,5&

0,5;1&

Légère$

croissance$

avec$G$

Mauvais$ ancrage,$ réac?on$

avec$ l’eau$ en$ surface$ sans$

liaisons$avec$le$matériau$bois$

Migra?on$

excessive$

de$la$colle$

Propriétés$

op?males$

du$joint$$

Trop$d’eau$

Pas$assez$d’eau$

Défini?on$d’un$modèle:$Y$=$1,94$+$0,37$G$F$1,79$MC$F$0,54$MC²$F$0,33$G.MC²$+$1,64$MC^3$$

III %E FFE T% D ES %P ARAME TRE S% D E% FAB RI CAT IO N $

17$

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F  Procédé$adapté$à$la$réalisa?on$de$coques$

F   Qualité$op?male$obtenue$pour$une$teneur$en$eau$

variant$de$30%$à$60%$

F  Grammage$de$250$g/m

$suffisant$pour$la$résistance$au$

cisaillement$$

Photo'du'démonstrateur'réalisé' !

IV %C O N CL U SI O N %E T% PE RS PE CT IV ES $

F  Modifica?on$de$la$colle$en$vue$d’op?misa?on$du$grammage$

F  Poursuite$des$observa?ons$microscopiques$/$tomographie$

F   Etude$du$séchage$sous$vide$

$ $

$

19$

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IV %C O N CL U SI O N %E T% PE RS PE CT IV ES $

MERCI$POUR$VOTRE$ATTENTION!$

$