Enduits de façade auto-renforcés Les possibilités au 3SR Présentation 3SR Possibilités expérimentales Possibilités en modélisation

FédéRAMS – Laboratoire 3SR 38 chercheurs et enseignants-chercheurs permanents Expertise Comportement à la ruine (non linéarités, endommagement, instabilités, localisation, sollicitations extrêmes,…) Couplages, transferts Mécanique des interfaces Etudes mathématiques en mécanique (homogénéisation, milieux enrichis,…) Méthodes numériques (MEF, MED,…) Méthodes expérimentales multiphysiques et à plusieurs échelles Milieux complexes (granulaires, poreux, enchevétrés, biomatériaux, matériaux du vivant,…) Ouvrages (Analyse in situ, Simulation physique, Simulation numérique,…..) Laboratoire Sols-Solides-Structures-Risques (3SR) Mécanique des solides et systèmes complexes Géomécanique et Risques Environnementaux

FédéRAMS – Laboratoire 3SR 2 Pr UJF: D. Favier & C. Geindreau + 1 Pr. Émérite : J.-L. Auriault 1 MCf UJF: G. Chagnon 1 CR1 CNRS: L. Orgéas 2 Postdocs 9 Doctorants, école doctorale Mécanique & Energétique Chercheur et enseignants-chercheurs permanents Chercheurs non permanents (en cours) Équipe MC2MH Mécanique & Couplages Multiphysiques dans les Milieux Hétérogènes

Thèmes de recherche Milieux hétérogènes Matériaux industriels : composites à fibres, papiers Matériaux naturels : sols, matière vivante Biomatériaux : alliage à mémoire de forme NiTi, élastomères, membranes osmotiques, muscles artificiels Couplages multiphysiques Transferts dans les milieux poreux déformables Propagation dondes Changements de phase solide/liquide, solide/solide Équipe MC2MH Mécanique & Couplages Multiphysiques dans les Milieux Hétérogènes FédéRAMS – Laboratoire 3SR

Enduits de façade auto-renforcés Les possibilités au 3SR Partie expérimentale Microtomograhie RX Mesure de champs locaux Rhéométrie

Partie expérimentale Analyse des microstructures - Microtomographie RX Exemple : échantillon de composite fibreux avec charges minérales (SMC, 40% de CaCO % fibres de verre + Resine polyester) e3e3 e1e1 e2e2 10 mm 7mm (c) e3e3 e1e1 e2e2 (a) 10 mm 7mm Distribution et taille des poresDistribution et orientation des fibres

Partie expérimentale Analyse des microstructures - Microtomographie RX Pourquoi ? – Porosité, orientation et distribution du renfort fibreux a) Génie matériaux – mise au point de lenduit b) Corrélation avec propriétés effectives (perméabilité, conductivité, élasticité,…) - Essais mécaniques in situ (compression, flexion…) a) Analyse des mécanismes dendommagement locaux b) Corrélation avec endommagement macro

Partie expérimentale Analyse des microstructures - Microtomographie RX Les outils – Un microtomographe de laboratoire au MATEIS (opérationnel) – Un microtomographe de laboratoire au 3SR (en place dans lannée) – Possibilité de travailler à lESRF Tester la faisabilité dans les mois qui viennent

Partie expérimentale Mesure de champs cinématiques lors des essais mécaniques Les outils – Une caméra visible CCD ( pixels, 25Hz) + optique – Un logiciel de corrélation dimages (7D, P. Vacher, Annecy) Principe – Filmer la zone utile dun échantillon au cours de lessai – Calculer les champs de déplacement et de déformation locaux Pourquoi ? a) Analyse des propriétés élastiques locales b) Analyse des mécanismes dendommagement locaux

Partie expérimentale Mesure de champs cinématiques lors des essais mécaniques Premier test faisabilité sur enduit renforcé (1%) en flexion 4 points 10 mm

Partie expérimentale Mesure de champs cinémtiques lors des essais mécaniques a) Analyse des propriétés élastiques locales Etat initial Déformation dans zone « élastique » Zone de corrélation Déformation de flexion 11 e3e3 e1e1 Système pas assez précis! Nécessité dune caméra plus fine (achat prévu lors de la thèse)

Partie expérimentale Mesure de champs lors des essais mécaniques b) Analyse des mécanismes dendommagement locaux Etat initial Déformation dans zone « inélastique » Zone de corrélation Déformation de flexion 11 e3e3 e1e1 Pas de fissure observée à lœil, Endommagement local détecté A poursuivre…

Partie expérimentale Rhéologie de lenduit à létat frais La problématique – Enduit = suspension granulaire très concentrée Rhéologie complexe, non-Newtonienne Difficile à caractériser (glissement aux parois) – Renforts fibreux de 5 à 15mm Rhéomètres traditionnels inutilisables Microstructures évolutives – Plage de vitesses de sollicitation très grande (enduit en pose et posé) s -1 < vitesses de cisaillement < 10 3 s -1 – Sollicitations variées : élongation et cisaillement – Evolution des propriétés avec le temps Transition fluide-solide

Partie expérimentale Rhéologie de lenduit à létat frais Les outils envisagés – Rhéomètres de grandes tailles Compression Simple Compression Plane 300 mm 80 mm Cisaillement Simple 300 mm A développer lors de la thèse Glissement par lubrification 20 mm

Partie expérimentale Rhéologie de lenduit à létat frais Exemple : Rhéomètre compression plane e1e1 e2e2 e3e3 Axial load cell F 3 Lateral load cells F 2 Sample v3v mm 280mm 80mm CCD Camera pixels 25Hz

Partie expérimentale Rhéologie de lenduit à létat frais Exemple : Compression plane dun composite à matrice transparente chargé de fibre de verre

Partie expérimentale Rhéologie de lenduit à létat frais Faisabilité en compression simple sur enduit renforcé (1% de fibres) Assez bonne homogénéité de la déformation Essais envisageables

Partie expérimentale Rhéologie de lenduit à létat frais Quelques tendances préliminaires, A CONFIRMER a) Influence de la vitesse de déformation Assez peu dinfluence Fluide essentiellement plastique ?

Partie expérimentale Rhéologie de lenduit à létat frais Quelques tendances préliminaires, A CONFIRMER b) Influence du temps dattente Très forte influence, épaississement

Enduits de façade auto-renforcés Les possibilités au 3SR Partie modélisation Calculs de microstructures Approche discrète Approche continue

Partie modélisation Calculs de microstructures Pourquoi ? – Etude des propriétés rhéologiques à létat frais (visco-plasticité) – Etude des propriétés physiques et mécaniques à létat solide (perméabilité, conductivité, thermo-hygro-élasticité) Principe – Simuler des chargements thermomécaniques sur des Volumes Elémentaires Représentatifs des microstructures – Prise de moyennes pour en déduire les propriétés effectives Les outils ? a) Rhéologie : approche discrète b) Propriétés à létat solide : approche continue

Partie Modélisation Calculs de microstructures a) Rhéologie – Approche discrète Hypothèse : Enduit = « tas de cailloux et de fibres » lubrifiés en contact Modélisation par approche discrète Exemple des composites fibreux SMC, vus comme des « tas de fibres enchevêtrées » reliées par des liaisons visqueuses Volume Elémentaire Représentatif dun SMC idéalisé

Partie Modélisation => Etude des couplages rhéologie / microstructure Calculs de microstructures a) Rhéologie – Approche discrète Exemple : déformation dun SMC en élongation (vue de dessus)

Partie Modélisation Calculs de microstructures b) Propriétés physiques à létat solide – Approche continue 1) Construire des VER soit par processus purement numérique soit à partir de microtomographies 2) Calculs numériques sur ces VER Exemple : simulation découlement à partir de cliché 3D de microtomographie pour calcul de perméabilité dans un papier