Influence de l’hybridation et de la séquence d’empilement sur les propriétés mécaniques

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Modification des fibres naturelles

Notons que dû à la présence de cellulose dans leur structure, les fibres naturelles ne sont pas compa-tibles avec les matrices polymères hydrophobes puisque la cellulose est hydrophile. Diverses études ont donc été menées sur les modifications des propriétés de surface des fibres naturelles et elles ont montré qu’un traitement adéquat effectué sur les fibres peut les rendre compatibles avec la matrice polymère lors de la mise en œuvre ; ce qui améliore la qualité des matériaux composites. Les modifications ont pour but d’améliorer non seulement l’adhésion des fibres avec la matrice mais aussi de réduire l’absorption d’humidité. Il a été démontré que l’adhésion fibres-matrice a un impact capital sur les propriétés mécaniques du matériau composite [25].
Différentes méthodes existent pour améliorer la compatibilité des fibres avec la matrice et renforcer ainsi cette adhésion fibres-matrice. On distingue des méthodes physiques et des méthodes chimiques. Les méthodes physiques agissent sur les propriétés structurelles et les propriétés de surface de la fibre ; ce qui modifie ainsi les liaisons avec les polymères. En exemple, on peut citer le laser, le plasma, l’étirage, le traitement thermique, les rayons UV, etc. Quant aux méthodes chimiques, on note les traitements à la soude, au silane ou encore à l’acide acétique [26].
L’une des méthodes chimiques importantes le couplage chimique. Elle permet l’amélioration de l’adhé-rence interfaciale. Les agents de couplage réagissent avec la surface de la fibre pour former un pont de liaisons chimiques entre la fibre et la matrice. Ces agents de couplage sont généralement des molécules ayant deux fonctions. La première réagit avec les groupes hydroxyles (-OH) de la cellulose et la seconde avec les groupes fonctionnels de la matrice [21].

Propriétés mécaniques des fibres naturelles

Nous avons précédemment vu que différentes fibres végétales de diverses natures peuvent être utili-sées dans la fabrication des matériaux composites pour diverses applications. Ces fibres sont utilisables aussi bien avec une matrice thermodurcissable qu’avec une matrice thermoplastique. Il y a un certain nombre de facteurs qui influencent les propriétés mécaniques des composites à fibres naturelles. Il s’agit de la proportion des fibres, la nature des fibres, la taille des fibres, le type de tissage ainsi que la mise en œuvre. Pour un taux massique de fibres compris entre 50 et 70%, la contrainte de rupture des composites à fibres naturelles augmente avec le taux volumique de fibres jusqu’à une valeur maximale [27]. Les pro-priétés mécaniques sont également fortement liées à la qualité de l’interface fibre/matrice. D’après [28], la nature hydrophile des fibres végétales peut conduire à une importante absorption d’humidité ou d’eau affectant ainsi l’interface des fibres avec la matrice polymère (qui est de nature hydrophobe) par gon-flement différentiel. Ce phénomène peut mener à un vieillissement prématuré des composites à fibres végétales.
Le tableau 1.2 expose les propriétés mécaniques de quelques composites renforcés par des fibres natu-relles longues.
Étant donné que nos travaux portent sur les fibres de lin, nous allons consacrer la section suivante à la description des composites à renforts lin.

Composition de la fibre de lin

La composition des parois cellulaires des fibres de lin diffère suivant les espèces. Le tableau 1.3 indique la composition des fibres de lin selon divers auteurs. Même au sein d’une même espèce, cette composition varie. Les différences entre les valeurs s’expliquent par plusieurs facteurs. Ces facteurs sont : la variété considérée, la qualité du sol, des conditions climatiques liées à la croissance, de la maturité de la fibre, la qualité du rouissage, des conditions de mesure comme l’humidité la température, etc [42].
La cellulose : elle est le principal constituant de la fibre de lin, composant le plus rigide et le plus résistant. Elle se présente sous forme de chaînes semi-cristallines et n’est rien d’autre qu’un poly-saccharide glucidique constitué d’une chaîne linéaire de 15 à 15000 molécules de D-glucose. La présence des groupements hydroxyles au sein de la cellulose explique le caractère hydrophile de la fibre de lin. La cellulose est résistant aux traitements alcalins [22].
Les hémicelluloses : regroupent un ensemble de polysaccharides entièrement amorphes et de faibles poids moléculaires. Ce sont des polymères très hydrophiles. Les hémicelluloses sont fortement liées à la cellulose via des liaisons hydrogènes et constituent une forme de ciment entre les fibres [50].

Extraction de la fibre de lin

En termes de cycle de vie du lin, il faut compter 100 jours entre la semence (en mars) et la récolte (en juillet). Mais pour obtenir de longues fibres de lin à partir de la tige, il faut plusieurs opérations successives [54, 55] :
L’arrachage : C’est la première étape d’extraction des fibres de lin. La récolte s’effectue par arrachage des tiges défoliées c’est-à-dire lorsqu’elles sont arrivées à maturité. Les fibres sont encore sous forme de faisceaux et ne sont pas facilement séparables du reste de la tige. Elles contiennent des impuretés qui provoquent des concentrations de contraintes et les fragilisent.
Le rouissage : après l’arrachage, les tiges sont déposées sur le sol. Le rouissage est l’opération par laquelle la lamelle mitoyenne qui relie les faisceaux de fibres entre eux est détruite grâce aux micro-organismes présents dans le sol. Ces micro-organismes sont favorisés par la pluie et le soleil. Ce qui permet la séparation des faisceaux et leur division en fibres techniques.
Le teillage : c’est une opération qui consiste à extraire mécaniquement des morceaux de bois appelés anas se trouvant à l’intérieur des tiges. Elle comprend les étapes successives suivantes : l’égrenage, l’étirage, le broyage, et le battage des tiges.
Le peignage : est la dernière étape d’extraction. Elle permet de retirer les fibres courtes. Elle permet également d’étirer, de calibrer et d’aligner les fibres longues afin d’obtenir un ruban continu. La filature : c’est le processus qui consiste à transformer les fibres destinées à l’industrie textile en fil.
Ces fibres sont étirées et torsadées pour former des fils.

Les propriétés physiques

Les fibres de lin sont plutôt longues comparées aux autres fibres végétales (tableau 1.4). Leur lon-gueur varie entre 4 et 80 mm et la moyenne est de 30 mm. Le diamètre moyen est de 20 µ m et il peut atteindre plusieurs dizaines de microns.
Le rapport longueur/diamètre des fibres de lin est de 1500. Ce rapport est d’une grande importance dans le cadre des composites UD parce qu’il faut que la fibre soit la plus continue possible et ait une surface de contact suffisante entre les fibres et la matrice pour que le transfert de charge puisse être assuré [39].

Influence de l’hybridation et de la séquence d’empilement sur les pro-priétés mécaniques

Les composites hybrides peuvent être fabriqués à base de fibres naturelles uniquement (exemple lin/chanvre), de fibres synthétiques (carbone/kevlar) ou encore une combinaison de fibres naturelle et synthétique (lin/carbone).
Dans le but d’améliorer les propriétés des fibres naturelles, une hybridation avec des fibres synthé-tiques peut être intéressant. Dans cette optique, plusieurs chercheurs se sont penchés sur l’hybridation des fibres naturelles avec des fibres synthétiques notamment des fibres de verre. Davoodi et al. [94] ont étudié un composite hybrde kénaf/verre avec une matrice époxy. Leur maté-riau trouvait son application dans les pare-chocs de voiture. Ils avaient pour but de trouver une solution alternative à un composite renforcé par des mats de verre dans une matrice thermoplastique. Leurs résul-tats ont montré que les propriétés mécaniques du composite émanant de la combinaison du kénaf avec du verre étaient clairement supérieures à celles du composite verre seul. L’hybridation du verre avec du kénaf a donc apporté de la résistance mécanique au composite initial en verre.
Des études ont été menées sur le comportement en traction et à l’impact de composites hybrides renforcés par des fibres de verre et de palmier au sein d’une résine époxy [95]. L’hybridation des fibres de verre avec des fibres de palmier a clairement amélioré les propriétés en traction et à l’impact du composite palmier seul. Une meilleure résistance à l’impact a été observée pour les composites hybrides lorsque les fibres de verre sont placées à l’extérieur.
L’hybridation de plis de verre et de jute dans une résine polyester a été analysée dans [96]. Des tests de traction, de flexion et de cisaillement ont été faits. Il a été montré que l’intégration des plis de verre dans le composite jute/époxy a amélioré les propriétés mécaniques du composite jute/époxy de départ. Ils ont pu observer que le changement de séquence d’empilement avait un grand effet sur la contrainte en flexion et en cisaillement des composites hybrides. En guise de conclusion, il a été souligné que le stratifié hybride possédant deux couches de verre de part et d’autre des couches de jute était la meilleure combinaison en termes de propriétés mécaniques et d’un point de vue coût.
L’influence de l’hybridation sur des composite lin-verre avec une résine phénolique a été étudiée [97], en faisant varier la fraction volumique de verre. Les renforts sont des UD. Les auteurs ont également étudié l’influence de la séquence d’empilement entre plis de lin et plis de verre. En dehors des tests expérimentaux, ils ont utilisé la loi des mélanges pour prédire les propriétés des stratifiés hybrides en traction. Au vu des résultats, le composite verre présente évidemment des propriétés mécaniques élevées comparées à celles du composite lin comme le montre la figure 1.18a.
Deux types de rupture ont été considérés dans leurs travaux vu la différence entre l’allongement à la rupture des fibres de lin et celui des fibres de verre. Les fibres de lin rompent en premier si la fraction volumique du verre est importante mais le composite hybride devrait rompre pour un allongement à la rupture égal à celui du composite verre. Cependant, si la fraction volumique des fibres de lin est importante, le stratifié hybride devrait atteindre la rupture pour un allongement à la rupture égale à l’allongement à la rupture du composite lin. La figure 1.18b montre l’évolution de l’allongement à la rupture en fonction de la fraction volumique des fibres de verre. On pourra remarquer que l’allongement à la rupture augmente avec la fraction volumique des fibres de verre. Ils ont aussi démontré qu’avec l’augmentation de la fraction volumique des fibres de verre, les propriétés mécaniques, notamment le module d’Young des composites hybrides, se sont améliorées. Ce résultat est montré par la figure 1.19.
La séquence d’empilement a également un impact important sur les propriétés mécaniques des com-posites stratifiés hybrides. Nous pouvons remarquer ce résultat sur la figure 1.18a. Selon les auteurs de l’étude, la séquence d’empilement a un effet sensible sur la résistance en traction contrairement au module d’Young.
Toujours dans la même démarche que les auteurs précédents, Amico et al. [98] ont mené des inves-tigations sur des composites hybrides à base de sisal et verre avec une matrice polyester. Divers tests ont été réalisés sur ces matériaux. Ils ont montré que la séquence d’empilement influence les propriétés mé-caniques des matériaux hybrides. Leurs résultats ont également démontré que les composites hybrides sisal-verre avaient des propriétés mécaniques (module de flexion et résistance à l’impact, particulière-ment) proches de celles d’un composite verre.
D’après ces différentes études, les meilleures propriétés mécaniques sont obtenues lorsque les couches dont les fibres ont des performances mécaniques élevées (rigidité, résistance) sont placées à l’extérieur du composite.

Notion de porosité

Porosité dans les renforts fibreux

Un renfort à base de fibres, de par le degré d’organisation de son agencement, qu’il soit unidirec-tionnel, bidirectionnel, multidirectionnel ou mat, est un milieu considéré comme poreux. Et un milieu poreux est défini comme un solide qui contient des pores (petit interstice ou cavité contenue dans un solide, débouchant ou pas). Ces pores sont assimilés à des espaces vides dispatchés d’une manière plus ou moins régulière à travers le solide.
Dans un milieu poreux, il peut y avoir plusieurs classes de pores où chacune définit une possible échelle d’étude. Un renfort fibreux, comme le montre la figure 1.20 peut être caractérisé par trois diffé-rentes échelles [99] :
— échelle macroscopique : décrit l’ensemble du renfort ;
— échelle mésoscopique : liée aux pores situés entre les mèches et appelés macropores ou volumes inter-mèches ;

Effet de la porosité sur les propriétés mécanique d’un stratifié

La porosité est une propriété très recherchée dans la fabrication de certains matériaux comme les mousses. Cependant, elle est très néfaste aux matériaux composites hautes performances.
Ce défaut qu’est la porosité a fait l’objet de plusieurs études durant ces dernières années. Selon la quasi totalité des études, en-dessous d’un certain seuil (0.5 à 1% en volume, suivant le matériau étudié) la porosité n’a pas d’impact sur les propriétés du composite si elle est répartie de façon équilibrée. Par contre, pour des taux de porosités élevés, les propriétés mécaniques du matériau se voient significative-ment affectées.
Même si les propriétés mécaniques en traction, compression et cisaillement plan [103,104] sont aussi affectées par la présence des porosités, ce sont les propriétés en cisaillement interlaminaire (ILSS) qui sont les plus touchées.
Plusieurs auteurs ont travaillé sur l’impact de la porosité sur le cisaillement interlaminaire pour des composites carbone/époxy. La figure 1.23 montre les résultas issus de leurs travaux et la disparité entre les résultats vient du fait que les travaux ont été menés sur différents types de fibres de carbone et sur différents types résines. On voit bien que pour l’ensemble de ces travaux la résistance en cisaillement interlaminaire diminue très rapidement avec le taux volumique de porosité. Ces résultats montrent donc que le cisaillement interlaminaire est très sensible à ces inclusions gazeuses que sont les porosités.
Pour ces stratifiés carbone/époxy, la chute de la résistance en cisaillement interlaminaire a été évalué à 6% par unité de taux volumique de porosité.
Pour comprendre cette diminution de la résistance en cisaillement interlaminaire, les travaux de Wis-nom et al. [105] montrent que des fissures trouvant leur origine dans les porosités sont initiées dès que ces dernières ont un diamètre équivalent supérieur à 2 mm. Ils démontrent aussi que la présence des porosités contribue à une diminution de la surface d’adhérence entre les fibres et la matrice, favorisant ainsi une rupture en cisaillement interlaminaire.
Afin d’expliquer la diminution des propriétés mécaniques des composites en traction et en compres-sion des matériaux composites, en particulier la contrainte à rupture, une des raisons évoquées dans [106] est la déformation locale des fibres due à l’apparition et aux mouvements des porosités dans la matrice pendant le cycle de cuisson.

Mise en œuvre des matériaux composites

La qualité d’un matériau composite dépend de la qualité de sa mise en œuvre (choix du procédé, dispositions prises lors de sa mise en application . . . ).
Il y a différentes techniques pour élaborer les matériaux composites. Ces différentes techniques peuvent être classées suivant divers facteurs. Dans notre travail, nous nous intéresserons à une classification en fonction de la matière première. La matière première peut être livrée sous forme de fibres préimprégnées (le fournisseur imprègne le renfort avec la matrice avant réception) ou sous forme de fibres sèches avec une résine liquide (souvent le renfort et la résine sont achetés chez deux fournisseurs différents donc livrés séparément). Tandis que les préimprégnés sont limités en termes de mise en forme, celle des renforts secs avec une résine liquide donne plus de possibilités en termes de technologie de fabrication [107].
Les principales techniques de mise en œuvre des matériaux composites sont le moulage au contact, la pultrusion, l’enroulement filamentaire, les procédés par autoclave, les pré-imprégnés hors autoclave et le moulage liquide par injection sur renfort.

Moulage des préimprégnés

Cette technique utilise des renforts imprégnés par une matrice comme matière première. Les renforts se présentent sous forme de rouleaux ou de bandes. L’homogénéité de l’assemblage entre le renfort et la matrice est assurée par le fournisseur. On utilise en général des résines époxy mais des résines polyesters peuvent être également utilisées. La mise en forme de la matière consiste à enlever les films de protection des préimprégnés et à les disposer sur un moule métallique ou un moule en composite. Ensuite on se sert d’un ensemble d’éléments qui permettent d’assurer la mise sous vide de la pièce. Cet ensemble est composé de :
— un film démoulant perforé, qui sert de barrière entre l’empilage de plis de préimprégnés et les films supplémentaires ;
— un tissu drainant de résine qui a pour rôle de laisser passer l’excès de résine de la pièce et qui sert également à répartir la pression de compactage ;
— un film plastique qu’on appelle aussi vessie, étanche, couvre l’ensemble et est fermé sur les bords par du mastic pour assurer l’étanchéité de la pièce.
On utilise par la suite des composants qui assurent la mise en place d’une aspiration de l’air contenu dans la vessie afin de réaliser le vide (une pompe à vide par exemple). Cela permet d’avoir une première étape de compactage de la pièce sous l’action de l’air ambiant. Cette première étape de compactage sera suivie par une deuxième qui dépendra de la qualité souhaitée pour la pièce. Ce second compactage est réalisé à l’intérieur d’un autoclave qui permet d’assurer une pression de compactage pouvant, dans le cas des produits exigeant de hautes performances, aller jusqu’à 10 bars. Au même moment que la pression est apportée, la cuisson de la pièce s’effectue [107].
Ce procédé est largement utilisé dans le monde industriel de par sa simplicité de mise en œuvre mais nécessite un matériel coûteux et beaucoup de consommables. Même si le drapage des plis imprégnés fut pendant longtemps manuel, aujourd’hui des machines de drapage automatique sont utilisées dans le but d’améliorer les produits finis et d’en assurer la reproductibilité.
Cette méthode a pour avantages de fournir à chaque pli des caractéristiques mécaniques élevées et d’améliorer les conditions de travail des opérateurs. Toutefois, elle possède certains inconvénients tels que la nécessité d’un lourd investissement : autoclave, azote pour mettre en pression l’ensemble de l’autoclave, machine automatique pour le drapage, le coût important du stockage des matières premières . . .
Cette technique s’applique aux pièces moyennement complexes en termes de géométrie et aux séries de toute taille [108].

Le moulage par compression

Le moulage par compression est une technique qui est surtout adaptée à la fabrication des pièces en grandes séries car il demande des équipements très coûteux (moule et contre-moule massifs, presse, système de chauffe dans le cas d’un moulage à chaud) [107].
La mise en forme par compression consiste à disposer dans un moule les composants préimprégnés. Sous l’action du coulisseau de la presse, le contre-moule applique une pression sur le volume de matière qui se trouve à l’intérieur du moule. Le renfort et la matrice se déplacent afin de remplir la cavité de l’outillage. Souvent, les pressions exercées sont de l’ordre de 20 à 40 bars [107]. Pour pouvoir augmen-ter la cadence (la cadence normale est de 4 à 12 pièces l’heure [108]), une polymérisation partielle est effectuée à l’intérieur du moule et la pièce est ensuite retirée afin que la polymérisation puisse conti-nuer à l’extérieur du moule. Ceci permet à l’outillage d’accueillir plus rapidement une nouvelle pièce à fabriquer.
Il existe des variantes de ce procédé. Cela consiste à utiliser des renforts livrés sous forme de rou-leaux. Des feuilles de renforts préimprégnés appelées SMC (Sheet Moulding Compounds) sont découpées à la taille voulue et disposées dans l’outillage [107].
Cette méthode permet d’avoir un produit fini ayant deux faces lisses et similaires à celle du moule [108].

Moulage au contact

Le moulage au contact est l’une des techniques d’élaboration des matériaux composites les plus basiques. Il est assujetti au savoir-faire de l’opérateur qui va déterminer la qualité de la pièce. Cette technique est largement utilisée dans le cas des pièces unitaires ou des pièces de grandes dimensions. Elle fait appel à des renforts secs et à une matrice liquide.
Le principe est de disposer le renfort sur un moule et de l’imprégner avec un mélange de résine et de catalyseur. Après que les premières couches imprégnées de résine soient gelées, on applique d’autres couches jusqu’à ce que la pièce complète soit imprégnée. À chaque mise en place d’un pli, il est important d’enlever les bulles contenues éventuellement dans la résine à l’aide d’un pinceau ou d’un rouleau. Le démoulage se fait des heures après, le temps que la pièce se polymérise à température ambiante. Il faut ensuite placer la pièce dans une étuve afin d’achever le cycle de polymérisation de la résine.
Cette méthode a plusieurs avantages. On peut citer par exemple le faible investissement financier et la réalisation de pièces de petites ou moyennes séries, de toutes dimensions sans restriction.
Le principal inconvénient de cette technique est que la qualité du produit fini est totalement tributaire de la maîtrise de l’opérateur. Ainsi, la répétabilité du procédé est définie par le niveau de qualification de celui qui réalise la mise en forme. De plus, la géométrie du moule n’est pas toujours adaptée à de bonnes positions de travail. La qualité de la pièce dépend aussi de l’état de surface initial du moule (seule une face aura un bon état de surface). La proportion de fibres n’est pas maîtrisée et elle peut varier de 10 à 50% en volume. De ce fait, les propriétés mécaniques peuvent évoluer proportionnellement à la fraction volumique de fibres du composite final [108]. Le degré de compactage ainsi que l’épaisseur de la pièce peuvent également être variables [107].
Afin de s’affranchir des étapes manuelles qui impactent la qualité de la pièce composite, il est pos-sible d’automatiser ce procédé. Cette automatisation porte le nom de projection simultanée [107]. La projection se fait à l’aide d’un pistolet alimenté en résine et en fibres longues coupées. À l’intérieur du pistolet se trouve un couteau qui vient couper les fibres et les projettent sur un moule initialement préparé. Cependant l’un des problèmes de cette méthode est l’utilisation de fibres coupées (5 à 25 mm de long) ;
ce qui va influencer les propriétés mécaniques du matériau composite puisqu’il n’y a pas continuité de renfort [108].

Enroulement filamentaire

L’enroulement filamentaire permet d’obtenir principalement des pièces de révolution dont les états de surface sont propres. Les fibres longues sont enroulées ensemble avec la résine sur un mandrin. Il est aussi possible de réaliser une préforme de la pièce par enroulement des fibres sèches et faire par la suite l’imprégnation du renfort à l’aide d’un outillage fermé.
Un dispositif automatisée permet de récupérer les fibres des bobines de fils chargés sur la machine et de les faire passer dans un bain de résine avant de les disposer sur le mandrin en mouvement de rotation. Il est nécessaire d’assurer une coordination entre vitesse de rotation et vitesse de déplacement du dispositif de dépôt des fils, afin d’obtenir une couverture régulière de la surface du mandrin. La fabrication se déroule en étapes pour pouvoir laisser chaque couche se polymériser. Plusieurs couches sont nécessaires pour obtenir l’épaisseur de la pièce souhaitée.
On distingue trois grandes classes d’enroulement : enroulements circonférentiel, hélicoïdal et satellite [107] (voir figure 1.27).
Ce procédé, même s’il a l’avantage de s’appliquer aux pièces de grandes dimensions et de moyennes ou grandes séries, demande un lourd investissement en termes d’équipements (machines et mandrins) car il faut un mandrin par type de pièce réalisée [108].

Table des matières

Introduction et problématiques
1 État de l’art 
1.1 Généralités sur les matériaux composites
1.1.1 Définition et caractéristiques
1.1.2 Place sur le marché
1.2 Composites à fibres naturelles
1.2.1 Présentation et enjeux
1.2.2 Modification des fibres naturelles
1.2.3 Propriétés mécaniques des fibres naturelles
1.2.4 Les fibres de lin
1.2.4.1 Structure de la fibre de lin
1.2.4.2 Composition de la fibre de lin
1.2.4.3 Extraction de la fibre de lin
1.2.4.4 Les propriétés physiques
1.2.4.5 Les propriétés mécaniques
1.2.4.6 Interface fibre/matrice
1.2.4.7 Mode de rupture
1.2.5 Les composites à fibres de lin
1.3 Composites à fibres synthétiques : cas du carbone
1.3.1 La fibre de carbone
1.3.2 Comportement mécanique
1.3.3 Interface fibre/matrice
1.4 Les stratifiés hybrides
1.5 Influence de l’hybridation et de la séquence d’empilement sur les propriétés mécaniques
1.6 Notion de porosité
1.6.1 Porosité dans les renforts fibreux
1.6.2 Porosité dans les matériaux composites
1.6.2.1 Le concept
1.6.2.2 Effet de la porosité sur les propriétés mécanique d’un stratifié
1.7 Mise en œuvre des matériaux composites
1.7.1 Moulage des préimprégnés
1.7.2 Le moulage par compression
1.7.3 Moulage au contact
1.7.4 Enroulement filamentaire
1.7.5 Moulage par pultrusion
1.7.6 Moulage par transfert de résine (Resin Transfer Molding RTM)
1.7.7 Infusion de film de résine (Resin Film Infusion RFI)
1.7.8 Infusion de résine liquide (Liquid Resin Infusion LRI)
1.8 Compaction de renforts pour matériaux composites
1.8.1 Le mécanisme de compaction
1.8.2 Le comportement d’un renfort fibreux en compaction
1.8.3 Les phénomènes physiques en présence
1.8.3.1 Frottement entre les fibres
1.8.3.2 Réorganisation des fibres
1.8.4 Les modèles de compaction
1.8.4.1 Modèle de Toll et Manson [1]
1.8.4.2 Modèle de Gauvin [2]
1.8.4.3 Modèle généralisé de Van Wyk [3]
1.8.4.4 Modèle de Matsudaira [4]
1.8.4.5 Modèle de Gauvin et Chibani [5]
1.8.4.6 Autres modèles de compaction
1.9 Conclusion
2 Mise en œuvre et techniques expérimentales de caractérisation 
2.1 La matrice
2.2 Mise en œuvre des composites stratifiés
2.3 Cuisson des plaques fabriquées
2.4 Découpe des éprouvettes
2.5 Techniques de caractérisation
2.5.1 Compaction de renforts secs
2.5.1.1 Échantillon de compaction
2.5.1.2 Procédure d’essai
2.5.1.3 Autre technique de mesure de déplacement
2.5.2 L’indentation instrumentée
2.5.2.1 Principe général
2.5.2.2 Objectif de l’essai
2.5.2.3 Type d’éprouvette
2.5.2.4 Protocole expérimental
2.5.3 La résilience
2.5.3.1 Objectif
2.5.3.2 Géométrie des éprouvettes
2.5.3.3 Protocole expérimental
2.5.4 La flexion trois points
2.5.4.1 Principe
2.5.4.2 Objectif
2.5.4.3 Géométrie des éprouvettes
2.5.4.4 Préparation des éprouvettes
2.5.4.5 Dispositif expérimental
2.5.4.6 Validation du calcul CIN
2.5.4.7 Mode de rupture
2.5.5 Essai de vibrations
2.5.5.1 Objectif de l’essai
2.5.5.2 Géométrie des éprouvettes
2.5.5.3 Protocole expérimental
2.6 Conclusions
3 Compaction de renforts secs pour matériaux composites stratifiés 
3.1 Présentation des renforts
3.1.1 L’architecture des différents renforts
3.1.1.1 Les unidirectionnels (UD)
3.1.1.2 Les bi-biais
3.1.1.3 Les tissus
3.1.2 La nature des renforts
3.1.2.1 Les renforts lin
3.1.2.2 Le renfort carbone
3.1.2.3 Les renforts verre
3.2 Compaction des renforts secs
3.2.1 Exploitation des essais de compaction
3.2.2 Taux de remplissage surfacique
3.2.3 Modèle de compaction
3.2.4 Précision de l’ajustement
3.2.5 Identification des phases de compaction
3.2.6 Résultats des essais
3.2.6.1 Influence du nombre de plis
3.2.6.2 Comparaison UD/bi-axial
3.2.6.3 Influence du grammage
3.2.6.4 Influence du type de mèches
3.2.6.5 Influence de la nature des fibres
3.3 Conclusions
4 Propriétés des composites stratifiés hybrides carbone/lin 
4.1 Choix des renforts pour l’hybridation
4.2 Caractérisation du tissu toile de lin
4.2.1 Architecture
4.2.2 Observation optique
4.2.3 Modélisation 3D
4.2.4 Essais de traction sur les fils
4.3 Séquences d’empilement et technique hybridation
4.4 Compaction des empilements hybrides
4.4.1 Méthode de calcul de taux de fibres
4.4.2 Influence de l’hybridation et de la séquence d’empilement
4.5 Microstructure des stratifiés et relation avec la séquence d’empilement
4.5.1 Caractérisation de la microstructure
4.5.2 Influence de la séquence d’empilement sur le taux de porosités
4.6 Propriétés des composites lin et carbone
4.6.1 Propriétés de flexion
4.6.1.1 Calcul des propriétés mécaniques
4.6.1.2 Courbe représentative
4.6.1.3 Comportement mécanique
4.6.1.4 Propriétés mécaniques
4.6.2 Propriétés en indentation
4.6.2.1 Modes de déformation
4.6.2.2 Méthodes d’analyse des courbes d’indentation
4.6.2.3 Présentation des résultats
4.6.3 Comportement à l’impact (choc Charpy)
4.6.3.1 Capacité d’absorption d’énergie
4.6.3.2 Résultats
4.6.4 Propriétés d’amortissement
4.6.4.1 Méthodes de mesure de l’amortissement
4.6.4.2 Évaluation des propriétés dynamiques des poutres
4.6.4.3 Analyse des résultats
4.6.5 Bilan des séquences non-hybrides
4.7 Caractérisation des séquences hybrides
4.7.1 Propriétés en flexion
4.7.1.1 Comportement mécanique
4.7.1.2 Résistance et rigidité en flexion
4.7.2 Propriétés en indentation
4.7.3 Comportement à l’impact (choc Charpy)
4.7.4 Propriétés d’amortissement
4.7.5 Bilan des séquences hybrides
4.8 Bilan général
4.9 Conclusion
5 Influence de la séquence d’empilement sur le comportement en flexion de matériaux composites stratifiés hybrides carbone/lin : rigidité et rupture 
5.1 Hypothèses de la théorie classique des stratifiés
5.2 Équations de comportement en flexion
5.3 Module de flexion théorique d’un stratifié hybride
5.3.1 Stratégie de calcul
5.3.2 Propriétés mécaniques des fibres de carbone et des fils de lin
5.3.3 Propriétés de la matrice
5.3.4 Propriétés des couches unidirectionnelles
5.3.5 Prise en compte de l’anisotropie
5.3.6 Propriétés élastiques des couches tissus
5.3.7 Prise en compte de la porosité
5.3.8 Détermination des cœfficients de rigidité Qi j des couches tissus dans les axes principaux
5.3.9 Comportement du stratifié
5.4 Application aux hybrides étudiés
5.4.1 Calcul des cœfficients de rigidité
5.4.2 Analyse des résultats
5.4.3 Confrontation des résultats théoriques avec les résultats expérimentaux
5.5 Scénario de rupture
5.5.1 Cas de la flexion 3 points
5.5.2 Répartition des contraintes en fonction de la séquence d’empilement
5.5.3 Analyse et comparaison
5.6 Conclusion
Conclusion générales et perspectives
Bibliographie 

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