Département de génie civil, Ecole Hassania des Travaux Publics Composites à matrice organique Département de génie civil, Ecole Hassania des Travaux Publics Encadré par: Pr. K. LAHLOU Réalisé par: Asmaa AMDOUNI Maria ABOUCHADI

Plan: Définition Types de CMO Caractéristiques Techniques de mise en œuvre Objectifs Vieillissement des CMO Inconvénients Position dans le marché Applications au Génie civil

Qu’est qu’un composite à matrice organique? Définition Qu’est qu’un composite à matrice organique? Une matrice polymère. Un renfort Des charges et additifs

Renfort Le renfort est le squelette supportant les efforts mécaniques. formes : fibres courtes (mat) fibres continues (tissus ou textures multidirectionnelles).  Les fibres possèdent généralement une bonne résistance à la traction mais une résistance à la compression faible.  en fonction de l'application envisagée

Matrice La matrice a pour but de: transmettre les efforts mécaniques au renfort. assurer la protection du renfort vis à vis des diverses conditions environnementales. Permettre en outre de donner la forme voulue au produit réalisé.

Charges et additifs La quantité de produits ajoutés peut être de quelques dizaines de %dans le cas des charges et peut descendre à quelque % et même moins dans le cas des additifs. Les charges et additifs sont incorporés dans un matériau composite pour : Modifier la couleur Modifier sensiblement les propriétés mécanique, électrique ou thermique Réduire le coût Résister au feu Diminuer le retrait Faciliter le démoulage Améliorer la résistance au vieillissement Modifier la densité du matériau

Types de CMO Suivant les caractéristiques de la matrice et la structure du renfort, on distingue: Composites de grande diffusion et hautes performances :renforcés de fibres continues en verre, carbone, aramides... Composites TP renforcés de mats de verre (GMT):de grande diffusion, sont très utilisés en automobile. Les thermoplastiques : le polypropylène ou le polyamide.

Les thermodurcissables : Les résines polyesters instaurés (UP) : peu onéreuses, utilisées avec les fibres de verre et que l'on retrouve dans de nombreuses applications de la vie courante. Les résines époxy (EP) : bonnes caractéristiques mécaniques, utilisées avec les fibres de carbone pour la réalisation de pièces de structure et d'aéronautique. Les résines vinylester : utilisées pour des applications où les résines polyester ne sont pas suffisantes, issues d'une modification d'une résine époxyde , excellentes pour des applications de résistance chimique. Les résines phénoliques (PF) : utilisées dans les applications nécessitant des propriétés de tenue aux feu et flammes imposées par les normes dans les transports civils. Les résines polyimides thermodurcissables (PIRP) et polybismaleimides : applications à haute température.

Caractéristiques

Techniques de mise en œuvre . Techniques de mise en œuvre Composites de grande diffusion (renforcés par mat de verre) : R-RIM ou S-RIM :injection-réaction en moule fermé ou ouvert RTM :pressage basse pression avec injection de résine Pultrusion SMC, BMC :"bulk moulding compound", "sheet moulding compound "     Injection-transfert Enroulement Filamentaire.

Pour les composites haute performance : Enroulement filamentaire pour les matrices TD Injection pour les matrices TP renforcées de fibres de verre, carbone ou aramide. Estampage TRE (thermoplastique renforcé estampable) : analogue au forgeage des métaux, part de semi-produits sous forme de plaques, cadence suffisamment élevée pour l'automobile, mais il reste à obtenir une bonne qualité de surface. Autre procédé : mise en forme sous vide, moins rapide.

Le thermoformage (formage à chaud) : un procédé industriel très utilisé pour mettre en forme des composites TP. Le drapage autoclavé des composites TP haute performance : long et onéreux  Pour les composites haute performance, la plupart des procédés sont encore manuels

Objectifs Contexte Concurrentiel Et Économique Recherche D'allégement Des Matériaux De Structure Amélioration Des Propriétés Des Plastiques Gains De Productivité En Cours À Travers La Mécanisation Et L'automatisation Des Procédés De Fabrication

Fonctions Remplies : Réduction Du Poids, Résistance À La Fatigue, Réduction des coûts de maintenance et de fabrication des pièces de structure pour: les automobiles, avions, missiles, véhicules spatiaux, ponts, bâtiments, derricks de pétrole et autres structures. Amélioration de la résistance à la fatigue Sécurité En Cas D’incendie :• Limitation De La Propagation Des Flammes. Formes Complexes De Grande Taille ( Réalisation De De Salles De Bain Monobloc Ou De Façade)

Vieillissement des CMO les conditions de polymérisation telles que la dose et le type d'irradiation affectent les propriétés structurales des matrices et leur comportement en présence d'eau. Le CMO sous l’effet de la pression osmotique développe des cloques ce qui conduit à des phénomènes de délaminages du composite

Vieillissement hydrolytique La présence d’eau est le facteur de vieillissement majoritaire pour des CMO à fibres naturelles et pour des matrices hydrolysables( fonctions ester , amide) : les propriétés mécaniques dépendent de la quantité d’eau absorbée par le matériau. une forte augmentation de l’eau absorbée et une diminution de la ténacité liée à un décollement inter-facial fibre/ matrice comme mécanisme principal de rupture. Libération des petites molécules dans la matrice, ce qui peut conduire à des phénomènes de dégradation dramatiques. Vieillissement thermique La perte de masse en fonction du temps présente un intérêt particulier dans l’étude du vieillissement des CMO au sens ou, dans certains cas , elle peut être corrélée à l’évolution des propriétés mécaniques et demande peu de moyens d’investigations.

Inconvénients Problèmes: D'adhésion à l'interface fibre-matrice pour les fibres longues ou continues D'usinabilité De finition de surface De mise en forme (glissement de fibres) De tenue à l’humidité Absorption de l’eau Dégradation thermique Phénomènes d’érosion, d’extraction de molécules Sensibilité aux agents atmosphériques (rayons UV, humidité, température) Faible tenue au feu Coût Le comportement à la rupture, qui est généralement fragile.

Position dans le marché Industrie récente. développée rapidement(+ 50 % en cinq ans) En volume, le marché mondial des composites croît de 5,7% en moyenne par an avec des taux de croissance de 7% en Asie, 6,5% en Europe et 4,5% en Amérique du Nord. Les composites à matrices organiques (CMO) constituent les volumes les plus importants aujourd'hui à l'échelle industrielle Les composites sont aujourd'hui une classe de matériaux très marginale dans le secteur de la construction. Ont relativement peu pénétré le secteur du BTP: prix élevé comparé aux matériaux traditionnels méconnaissance des architectes et bureaux d’études vis-à-vis des composites, manque d’information sur le cycle de vie (Pb de recyclabilité) recours au solutions traditionnelles , durabilité).

Applications en génie civil Structure, Réparation, Renforcement Sécurité

Structures et matériaux novateurs : exemples Tablier de pont en GFRP Nouveau type de tablier de pont préfabriqué en GFRP avec renforcement externe par enroulement filamentaire