ELABORATION ET CARACTERISATION D’UN COMPOSITE SANDWICH A AME EN LIEGE RENFORCE DE JUTE ET
ENVELOPPES EN BOIS.
Lakreb N I1, Bezzazi B.1
1 Unité de Recherche : Matériaux, Procédés et Environnement (URMPE), Université M’Hamed Bougara, Boumerdès. Cité Frantz fanon, 35000 Boumerdès. lakrebnadia@hotmail.fr,
bbezzazi@yahoo.fr, Résumé :
Notre travail est basé sur l’élaboration et la caractérisation d’un sandwich à âme en liège renforcé de jute et avec des enveloppes en bois. Le matériau a été préparé au laboratoire de mécanique des matériaux et composite, de l’Unité de Recherche Matériaux, Procédés et Environnement (URMPE).
Le composite élaboré est constitué, de panneaux d’aggloméré de liège grossier et épais qu’on utilise généralement dans le bâtiment pour l’isolation thermique comme âme, renforcés par des nappes de jute type sergé. Les enveloppes ou stratifiés présentent des panneaux en bois collés par une résine époxy de type inject 812 fournie par Granitex – Oued Smar , ALgérie.
Les éprouvettes découpées à partir du panneau sandwich ont subi des essais de caractérisation mécanique (flexion, compression et cisaillement). Les résultats obtenus montrent que notre sandwich peut être utilisé dans les différentes constructions comme cloison ou murs de séparation vu le bon comportement, la facilité de mise en ouvre, la légèreté et leur faible coût.
Mots clés : composite, bois, liège, jute, sandwich
1 Introduction
Les matériaux composites présentent des propriétés mécaniques spécifiques à leur emploi, avec des masses volumiques faibles. En raison de leur faible densité, résistance et rigidité importantes et de leur excellente durabilité, les matériaux composites ont trouvé un domaine d’utilisation très large. Le liège est un matériau local disponible en grande quantité en Algérie, de plus, le prix du liège est très captivant. C’est un matériau naturel de structure cellulaire possédant des propriétés très intéressantes : faible densité, grande compressibilité dimensionnelle, bon isolant thermique acoustique et vibratoire, stabilité chimique et longévité, d’après les travaux de H. Pereira [2]. L’objectif est notamment de réduire la masse des structures et dans un souci de protéger l’environnement et la santé publique, les composites tendent à intégrer un caractère écologique [1]. Le matériau a été préparé au laboratoire de mécanique des matériaux et composite, de l’Unité de Recherche Matériaux, Procédés et Environnement (URMPE).
2 Présentation de matériau sandwich (Matériaux utilisés) 2.1 Le liège.
Le liège utilisé est un liège aggloméré blanc de basse densité.
2.2 Le jute
Le choix du jute est justifié principalement pour des raisons de disponibilité en Algérie ainsi, pour ses caractéristiques de résistance à la traction et ses propriétés en flexion [3]. Nous nous intéressons à l’utilisation de la fibre de jute dans la confection de panneaux sandwichs pouvant être utilisée dans le domaine de la construction et du transport. Le jute utilisé est de type sergé de 1 mm d’épaisseur.
2.3 L’enveloppe en bois
L’enveloppe en bois est un contreplaqué de 2 mm d’épaisseur.
2.4 La résine
La résine utilisée est l’époxy commercialisée par l’entreprise Granitex.
2.5 Méthode d’élaboration du matériau
Les plaques sont élaborées par compression à l’aide d’une presse hydraulique équipée de plaques chauffantes à température variable pouvant atteindre les 200°C.
3 Caractérisation mécanique du sandwich
Après la découpe des éprouvettes selon les normes, la caractérisation est effectuée à travers des essais de flexion trois et quatre points suivant la norme AFNOR NF T 54 – 606 (1987). Cette caractérisation permet de déterminer la rigidité en flexion et en cisaillement ainsi que le module de cisaillement de l’âme du sandwich. Les essais de cisaillement permettent de définir la compatibilité et l’adhésion entre le liège, le jute et le bois, d’un autre coté nous avons fait des essais de compression et de fatigue.
3.1 Essais de flexion trois points
Les essais de flexion trois points sont effectués sur une machine universelle de type Zwik 250 kN, munie d’un capteur de 10 kN avec une vitesse de 2 mm/mn selon les normes.
La machine est pilotée par un ordinateur à travers un logiciel TestXpert qui enregistre le déplacement en fonction de la force. La figure 1 illustre l’essai de flexion trois points.
Figure 1 : Montage de l’échantillon sur la machine d’essais de flexion trois points.
Tableau1.Valeur de la contrainte en flexion trois points et dimensions des éprouvettes
h (mm) ea (mm) es (mm) b (mm) d1 (mm) P1(N) σ(MPa)
48 40 3 80 410 855 8 .29
0 5 10 15 20 25 30 0
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
force(N)
déplacement(mm)
Figure 2 : Courbe moyenne de l’évolution de la force en fonction du déplacement pour la Flexion 3 points
La courbe présente un comportement élastoplastique jusqu’à 1490N, à partir de cette valeur on remarque le début des fissurations à l’âme du sandwich jusqu’à la force maximale qui est de 1587N corresponde à une valeur de déplacement de 22mm. D’après la figure 3 on voit que La semelle inférieure est soumise à la traction tandis que la semelle supérieure est soumise à la compression. Cette dernière subit un flambement sous l’effet de la force appliquée en compression de l’appui supérieur.
Figure 3 : Flambement de l’éprouvette
3.2 Essais de flexion quatre points
Les essais de flexion quatre points sont effectués sur la même machine citée auparavant. Les mêmes conditions d’essais sont utilisées.
Figure 4 : Montage de l’échantillon sur la machine d’essais de flexion quatre points.
Selon la norme (NF T 54-606).
Tableau 2 : Valeur de la contrainte en flexion quatre points et dimensions des éprouvettes h (mm) ea(mm) es(mm) b(mm) d2(mm)
p2 (Mpa) σ (N)
48 40 3 80 410 1592 7.72
0 4 8 12 16 20 24 28
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
force(N)
déplacement(mm)
1 2
Figure 5 : Evaluation de la force en fonction du déplacement pour la Flexion 4 points.
La valeur de la contrainte maximale de flexion 4 points pour nos sandwichs est de 7.72 MPa. On note un comportement normal jusqu'à 1300 N, où commence la fissuration de l’âme jusqu’à la détérioration quasi-totale de l’éprouvette à 1500 N pour un déplacement de 13 mm. Apres cette charge apparait un autre comportement jusqu’à la force maximale de 1592 N, cette charge est dûe à la traction de la semelle qui présente une très grande rigidité.
(a) (b) Figure 6 : Essai de flexion quatre points
(a) Comportement de l’éprouvette en flexion quatre points, (b) Flambement de l’éprouvette
Tableau 3 : Valeurs de la rigidité en flexion « D », du cisaillement en flexion « N » et du cisaillement de l’âme du sandwich « Ga »
σ3Points
(Mpa) σ
4Points(Mpa) Module D
(N) Module (Nmm2)
Module Ga (N)
Valeurs
8 .25 7 .27 203.24 3457.66 0.893.3 Essais de cisaillement.
Les essais de cisaillement sont effectués sur la même machine citée auparavant. Les éprouvettes ont été préparées selon la norme NF EN 205.
(a) (b)
(c)
Figure7 : Essai de cisaillement
(a) montage d’essai de cisaillement, (b), (c) fracture du liège
0 2 4 6 8 10 12 14
0 500 1000 1500 2000
force(N)
déplacement(mm)
1 2 3
Figure8 : Comportement du sandwich en cisaillement
Le comportement de notre sandwich commence par une allure linéaire jusqu’a une valeur de force de 1100N, après cela apparait une fissuration de l’âme qui s’accentue avec l’augmentation de la charge jusqu’à la rupture comme l’indique la figure. On remarque une très bonne adhérence entre le renfort (jute) et l’âme de liège la fissure est apparue au cœur de l’âme. D’après l’étude de Bezzazi A. [4] Ce mode de dégradation du sandwich est du à une perte de la liaison adhésive, un minimum de point de contact grâce à la différence de granulométrie de liège utilisé.
3.4 Essais de compression
La compression des éprouvettes est effectuée sur la même machine selon la norme NF EN 789 voir figure 9.
(a) (b)
Figure9 : Essai de compression(a) montage d’essai de compression. (b) écrasement de l’éprouvette.
0 2 4 6 8
0 1 2 3 4
contrainte(N/mm2)
déplacement(mm)
1 2
Figure10 : Comportement en compression du sandwich
Le sandwich présente un comportement linéaire jusqu’à la charge de 1500 N avec un déplacement de 2,56 mm. A partir de ce point commence la dégradation comme le présente la figure 10 jusqu’à la rupture.
3.5 Analyse et Discussion
Les résultats montrent que notre sandwich élaboré avait des bonnes caractéristiques notamment en flexion 3 et 4 points ,les valeurs des contraintes sont successivement 8.29 et 7.72 MPa . Nous avons constaté que la résine utilisé présent une bonne adhérence avec les matériaux organiques (jute et le liège). Aussi que les deux semelles constituées de jute et de bois ont présenté un bon comportement mécanique. L’essai de cisaillement effectué a montré qu’il ya une bonne compatibilité entre le liège et le jute à cause de la résine utilisé ce qui empêche le délaminage de l’éprouvette sauf dans les espaces qui présentent des vides entre les granules de liège. En compression notre matériau présente une bonne résistance et un comportement stable.
4 Conclusion
Notre étude porte sur l’élaboration et la caractérisation d’un nouveau matériau composite sandwich âme en liège renforcé de jute et enveloppe en bois élaboré par compression Les résultats expérimentaux trouvés nous a permet de les utilisés grâce a leur bon comportement mécanique comme murs de séparation et cloisons. Cette caractérisation nous a permit de valoriser le liège aggloméré blanc produit en Algérie, le jute exportée disponible aussi en Algérie et surtout pour un souci de protection de l’environnement et de santé publique.
Références
[1] A .Mir, B. Bezzazi, R. Zitoune, F. Collombet. « Caractérisation mécanique d’un panneau sandwich à âme en liège et peaux jute/époxy. Comptes Rendus des JNC 17 - Poitiers 2011. » [2] H. Pereira (2007). Cork: Biology, production and uses. Book 336 pages. Elsevier, Amsterdam [3] T. Munikenche Gowda, A. C. B. Naidu, T.M. Rajput Chhaya, “Some mechanical properties of
untreated jute fabric reinforced polyester composites”, Composites Part A, Volume 30, Issue 3 (1999), 277-284.)
[4] Bezazi A. (2003) étude théorique et expérimentale du comportement mécanique en statique et en fatigue des matériaux composites stratifies et sandwichs en flexion 3points. Thèse de Doctorat d’état. Université d’Annaba.
