🚀 Travail de thèse

Motivation

Le projet DuRéCoS s’inscrit dans le cadre de la transition écologique, face à la raréfaction des ressources et aux exigences croissantes en matière de durabilité et de recyclabilité des matériaux, notamment pour l energy verte et les transports décarbonés. Il répond aux enjeux des politiques régionales et européennes (Pacte Vert) en favorisant des matériaux biosourcés, recyclables et durables. Il vise à démontrer le potentiel des composites thermoplastiques renforcés par des fibres végétales, plus durables et réparables, en réponse à la demande croissante de l’industrie. Le projet innovant est conduit en collaboration entre l’équipe Durabilité des éco-Matériaux et des Structures d IMT Mines Alès et l’équipe Fatigue et le Laboratoire Génie de Production de l’Université de Technologie Tarbes Occitanie Pyrénées.

Objectifs

Les composites à renforts végétaux peuvent, à taux de renforts équivalents, concurrencer des composites à fibres synthétiques grâce à leurs propriétés mécaniques spécifiques importantes. Toutefois, la plupart des procédés de mise en oeuvre ne permettent pas d’obtenir des taux de renforts satisfaisants pour les biocomposites du fait de la variabilité de la forme des fibres végétales qui n’autorise pas une compaction suffisante. Des procédés comme la pultrusion ou le moulage par transfert de matière (RTM) permettent d’atteindre des taux volumiques de 65%. Plus le taux de renfort est élevé, plus les propriétés intrinsèques des composites sont élevées, cette étude vise à étudier l’effet de ce taux sur, d’une part les propriétés de tenue en service et d’autre part la soudabilité des structures composites ce qui autorisera la substitution de composites d’origine pétrosourcée par des éco-composites à renfort végétaux et résine thermoplastique du type acrylique.

Innovations attendues

Les travaux au LGP sur la soudabilité des composites et thermoplastiques, et plus particulièrement les composites renforcés de fibres de lin ont démontré le potentiel industriel des procédés de soudage laser et ultrason pour ces matériaux. Le projet ambitionne d’optimiser les procédés de soudage laser (soudure de forme complexe) et ultrason (soudure par point) pour des composites à fibres naturelles à fort taux de fraction volumique. L’optimisation se fera à l’aide d’outils numériques qui simuleront l’interaction onde-matière pour déterminer la source de chaleur nécessaire au soudage des pièces. Les zones interface/interphase de la soudure seront étudiées localement par AFM pour déterminer les changements de propriétés mécaniques (DMS). Pour aller plus loin dans l’industrialisation des composites à fibres végétales, il est nécessaire d’étudier le comportement mécanique des assemblages soumis au vieillissement environnemental et mécanique (DMS). Pour contrôler la qualité (tenue mécanique, tolérance géométrique) des assemblages avant et après vieillissement, la microstructure sera étudiée au niveau des zones affectées par soudage et/ou par vieillissement. Conjointement avec l’équipe DMS d’IMT Mines Alès, le protocole sera mis en place, et une étude comparative des résultats sera menée. Lors de l’endommagement des structures par vieillissement mécanique, la matrice polymère se micro-fissure en volume ou sur le cordon de soudure et entraîne une perte de rigidité qui peut amener à la ruine de l’assemblage. La matrice étant thermoplastique, il est possible de réparer par cicatrisation thermique et ainsi prolonger la durée de vie du composite. En utilisant des méthodes non destructives de détection de défauts (émission acoustique, technologie infrarouge), il sera possible de caractériser et localiser la zone endommagée. Les réparations seront effectuées en localisant la source de chaleur du laser infrarouge sur la zone affectée. Les échantillons post-réparations seront caractérisés mécaniquement dans les mêmes conditions que les échantillons sains. Une approche numérique sera développée pour déterminer la puissance et le déplacement de la source laser permettant une cicatrisation optimale sans endommager thermiquement les fibres végétales. Cette approche numérique est basée sur une construction d’un VER de la microstructure (DMS/LGP).

Profil recherché

Diplôme de master ou équivalent en mécanique, science des matériaux ou calcul numérique. Appétence pour la programmation et la démarche expérimentale. Esprit d’équipe et adaptation pour travailler dans le laboratoire LGP de l’UTTOP et une co-direction avec l’IMT Mines Alès.

Personnes à contacter

UTTOP : Pr. Benoît COSSON

Tel : 0033

Démarrage de la thèse : fin 2025 pour une période de 36 mois (contrat CDD).