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République Algérienne Démocratique et Populair e Ministère de l’Enseignement Su

République Algérienne Démocratique et Populair e Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientif ique Université Larbi Tébessi-Tébessa Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Mécanique PROJET DE MEMOIRE LICENCE Option Construction mécanique Thème: Les matériaux composites à base de fibres végétales OLAYA GUENEZ MERIEM BELGHIT Dirigé par : DEGHBOUDJ Samir Année Universitaire : 2020 / 2021 SOMMAIRE Introduction générale...........................................................................1 Chapitre 1 : Généralités sur les matériaux composites 1.1.............................................................................Introduction 3 1.2...............................................................................Définition ...................................................................................................3 1.3.................................Constituants de bas d’un matériau composite ........................................................................................................3 1.3.1 Matrice........................................................................................4 1.3.1.1.................................Composites à Matrices organiques (CMO) 5 1.3.1.2.......................................Composites à Matrices céramiques (CMC) 5 1.3.1.3.................................composites à Matrices métalliques (CMM) ...................................................................................................6 1.3.2................................................................................Renforts ...........................................................................................................6 1.3.2.1.........................................................Les fibres synthétiques 7 • Les fibres de verre.......................................................................7 • Les fibres d’aramide.....................................................................7 • Fibres céramiques........................................................................7 1.3.2.2................................................................Les fibres naturelles 7 • Fibres végétales...........................................................................8 1.4........................................Classification des matériaux composites .......................................................................................................9 1.4.1.......................................les Composites à grandes diffusion GD ......................................................................................................9 1.4.2..................................les Composites à hautes performances HP 9 1.5............................................Avantages et inconvénients des composites 10 1.6................................................................Domaine d’application ..............................................................................................................11 1.7...............................................................................Conclusion ......................................................................................................11 Chapitre 2 : Les fibres végétales 2.1..................................................................................................Intro duction...............................................................................................15 2.2..................................................................................................Les fibres naturelles..................................................................................15 • Les fibres minérales..........................................................................15 • Les fibres animales...........................................................................15 • Les fibres végétales..........................................................................16 2.3...................................................................................................Les principales plantes utilisées pour la production des fibres.......................17 2.4..................................................................................................Struct ure et morphologie des fibres...................................................................................19 2.5.................................................................................................La composition chimique des charges végétales...............................................20 • Cellulose.........................................................................................................21 • Hémicellulose........................................................................................................21 • Pectine...........................................................................................................22 • Lignine...........................................................................................................22 • La cire...........................................................................................................23 2.6...................................................................................................Mét hodes d’extraction des fibres végétales................................................................24 • Rouissage biologique............................................................................................24 • Rouissages chimique.............................................................................................25 • Rouissage mécanique................................................................................................25 2.7...................................................................................................Princ ipaux avantages et inconvénients des fibres végétales..................................26 2.8...................................................................................................Appl ication des composites à base des fibres végétales........................................26 • En automobile......................................................................................................26 • En construction.....................................................................................................27 • Autres application.................................................................................................27 2.9. Conclusion..........................................................................................27 Conclusion générale.........................................................................................................29 LISTE DES FIGURES Chapitre 1 : Généralité sur les matériaux composites Fig 1.1 Matériaux composite..................................................................................................3 Fig 1.2 Schématisation d’une matrice multicouche................................................................4 Fig 1.3 Type de Matrices..................................................................................................6 Fig 1.4 Type de Renforts..................................................................................................8 Fig 1.5 Exemples de tissus de renforts utilisés pour les CMO haute................................8 performance: (a) verre, (b) carbone, (c) aramide (Kevlar) Fig1.6 Les structures géométriques des composites: (a) f ibres........................9 longues, (b) f ibres courtes, (c) particules Chapitre 2 : Les fibres végétales Fig 2.1 : Classification des fibres végétales selon l’origine.................................................17 Fig2.2 : Structure d’une fibre végétale..............................................................................20 Fig2.3 : Schéma de molécules de cellulose avec ses liaisons homogène.....................21 Fig 2.4 : Exemple de structure hémicellulose..............................................................21 Fig 2.5 : (a)Le réseau de pectine , (b)L’interaction de calcium avec la pectine...........22 Fig 2.6 : Représentation schématique de structure de la lignine.........................................23 Fig 2.7 : Structure et moléculaire de l’acide palmitique......................................................23 Fig2.8 : Techniques d’extraction des fibres végétales.........................................................25 Introduction générale 1 Introduction générale Depuis une trentaine d’années des efforts ont été déployés pour la fabrication et la caractérisation des matériaux composites. Les matériaux composites sont des matériaux à très hautes performances mécaniques, qui peuvent être façonnés à volonté au gré du concepteur, de manière à obtenir les propriétés souhaitées en faisant un choix approprié des constituants. Ainsi, la possibilité de façonner à la carte. Les matériaux composites modifient considérablement l’approche conventionnelle du dimensionnement des structures habituellement utilisée pour les matériaux traditionnels. Les matériaux composites se développent aujourd’hui dans pratiquement tous les domaines et sont à l’origine de formidables challenges dans diverses réalisations de hautes technologies. De nos jours, les matériaux composites trouvent de plus en plus d’application dans la réalisation de pièces structurales de dimensions diverses dans de nombreux secteurs industriels tels que l’aéronautique, la construction automobile, le nucléaire, le génie biomédical…En effet dans ces domaines d’application le remplacement des matériaux métalliques par les composites est motivé par l’allégement des structures à propriétés mécaniques égales voir supérieures. Développement des matériaux composites est né de la volonté d'allier les qualités techniques au besoin d'allégement dans un même matériau, qui par la suite doit s'adapter aux solutions technologiques des problèmes à résoudre. Un matériau composite résulte de l'association de deux matériaux différents aussi bien parleur forme que par leurs propriétés mécaniques ou chimiques pour tenter d'accroître leurs performances. Les deux constituants du composite sont la matrice et le renfort, qui en se combinant donnent un matériau hétérogène souvent anisotrope, c'est-à-dire dont les propriétés diffèrent suivant les directions. Les matériaux constituant le composite sont généralement choisis en fonction de l'application que l'on souhaite en faire par la suite. Les critères de choix peuvent être, par exemple, les matériaux composites sont formés de plusieurs couches défibres liées par une matrice, qui est souvent une résine polymérique. Cette structure sous forme d'empilement permet de maximiser certaines propriétés mécaniques dans les directions voulues. Ainsi, le ratio rigidité/poids de la structure peut être fortement amélioré si on le compare aux métaux comme l'aluminium ou l'acier, ce qui fait des composites, une classe de matériaux de plus en plus prisée dans le domaine aéronautique propriétés mécaniques requises, la résistance à la chaleur ou à l'eau, ou même la méthode de mise en œuvre. Il n’est plus à démontrer l’engouement et l’innovation créés par les matériaux composites dans les secteurs de la construction et du transport. Les matériaux composites répondent parfaitement à ces critères, et le large choix des constituants nécessaires à leur élaboration ouvre un vaste spectre de propriétés mécaniques. Cependant, les stratifiés sont particulièrement sensibles aux chargements, comme les basses vitesses, qui peuvent créer des dommages internes invisibles à l' œil nu ( impacts délaminage, rupture de matrice et de ( fibres) [1] . Chapitre 1 3 Chapitre 1 Généralités sur les matériaux composites 1.1 Introduction Depuis leur avènement dans les années trente et jusqu'à nos jours , les matériaux composites à matrices métallique , élastomère , polymères ou même céramique , offrent aux industriels et aux designers des possibilités nouvelle d'associer fonction, forme et matériaux pour la réalisation de systèmes de plus en plus performants. Des processus nouveaux de conception, d'industrialisation et de fabrication, permettant d'étendre les possibilités techniques et de mieux satisfaire aux besoins parfois contradictoires (poids, fonction …) auxquels les matériaux homogènes classique répondant difficilement. La compétition reste très dure entre les solutions composites et les matériaux classiques [2]. 1.2 Définition Les matériaux composites sont des matériaux solides constitués de l’assemblage d’au moins deux matériaux non miscibles et de natures différentes, se complétant et permettant d’aboutir à un matériau dont l’association confère à l’ensemble des propriétés qu’aucun des composants pris séparément ne possède (Fig.1.1). Le renfort généralement de nature fibreuse permet de supporter la charge de la structure, réduit les contraintes thermiques et assure la rigidité et la résistance macroscopique. La matrice permet de lier le renfort, assurer une protection face aux agents extérieurs et transférer les charges au renfort via la liaison entre la fibre et la matrice [3] . Fig1.1: Matériaux composite. 1.3 Constituants de bas d’un matériau composite : Les différents matériaux utilisés pour les matrices et les renforts sont présents. Il convient de noter que tous les types de matériaux ne peuvent être associes et que la Qualité de l’adhésion entre la matrice et les renforts est un point essentiel dans le Choix Chapitre 1 4 des constituants. Les matériaux composites plastiques sont constitués principalement De l’association de deux constituants : a) Le renfort : Armature, squelette, il assure la tenue mécanique (résistance à la traction et rigidité), souvent de nature filamentaire (des fibres organiques ou inorganiques). b) La matrice : Lie les fibres renforts, répartie les efforts (résistance à la compression ou à la flexion), assure la protection chimique, en général c’est un polymère ou une résine organique. Comme présenté ci-dessous (figure 1.2) Fig1.2 : Schématisation d’une matrice multicouche. En plus de ces deux constituants de base (le renfort et la matrice), il faut rajouter : une interface qui assure la compatibilité renfort-matrice, qui transmet les contraintes de l’un à l’autre sans déplacement relatif. Ce sont en général des produits chimiques qui entre dans la composition du composite mais n’interviennent pratiquement jamais dans le calcul de la structure composite. 1.3.1matrice : Dans un grand nombre de cas, la matrice constituant le matériau composite est une résine Polymère. Les matériaux composites sont souvent composé de deux parties : Une première partie qui est constituée d’une ossature appelée matrice qui est généralement une matière plastique (résine thermoplastique ou thermodurcissable) et qui assure la cohésion de la structure et la retransmission des efforts vers le renfort, elle permet en outre de donner la forme voulue au produit réalisé, Il existe aujourd'hui un grand nombre de matériaux composites que l'on classe généralement en trois familles en fonction de la nature de la matrice. 1.3.1.1 composites à matrices organiques (CMO) Qui constituent, les principales matrices utilisées et qui sont : a) Les thermodurcissables : Les résines polyesters insaturés (UP) peu couteuses, sont généralement utilisées avec les fibres de verre et que l’on retrouve dans de nombreuses applications de la vie de tous les jours. Les résines époxy (EP) qui possèdent de bonnes caractéristiques mécaniques. Elles sont généralement utilisées avec les fibres de carbone pour la réalisation de pièces de structure et d'aéronautique. Les résines vinyles ter qui sont surtout utilisées pour des applications où les résines polyester ne sont pas suffisantes. Les résines phénoliques (PF) utilisées dans les applications nécessitant des propriétés de tenue aux feux et flammes imposées par les normes dans les transports civils. Les résines uploads/Ingenierie_Lourd/ memoire-les-materiaux-composites-a-base-des-fibres-vegetales.pdf