Contribution à l'étude de comportement à la déformation et à la rupture du polyéthylène haute densité appliqué aux canalisations : approche expérimentale et numérique

L'utilisation des matériaux polymères dans les applications de l'ingénierie augmente de plus en plus da part le monde. L'utilisation du polyéthylène (PE) dans la construction de canalisations est l'un des exemples les plus courant. Ceci exige de nouvelles méthodes afin d'évaluer la capacité du matériau à supporter des chargements mécaniques. Dans la présente thèse, le comportement contrainte-déformation en grandes déformations du PE haute densité (PEHD) a été examinée dans différentes configurations de triaxialité. Un large domaine de conditions de chargements (traction, compression et cisaillement simple) a été exploré. L'investigation a été réalisée à partir d'échantillons découpés dans des canalisations en PEHD. Les essais de traction ont été faits à partir d'échantillons sabliers présentant plusieurs rayons de courbure afin de fixer différents états de contrainte dans la section médiane. Une attention particulière a été portée à l'évolution de la déformation volumique résultant de l'endommagement par cavitation. L'effet de la triaxialité sur la déformation à rupture a pu également être dégagé. La méthode des éléments finis (EF) a été utilisée pour simuler le comportement en grandes déformations du PEHD. De plus, le phénomène d'endommagement par croissance de vide a été étudié à partir de cellules unitaires soumises à différentes conditions de triaxialité. Afin d'évaluer le comportement à la rupture du PEHD, une méthode expérimentale basée sur l'hypothèse de la séparation de la charge a été élaborée. En outre, une analyse numérique par EF a été réalisée pour le calcul des paramètres de rupture. L'investigation a été réalisée dans les directions longitudinale et radiale.The use of thermoplastic materials in engineering applications is growing more and more all over the world. The use of polyethylene (PE) in pressure vessels and pipelines is one of the most common examples. This issue demands new methodologies in order to assess the material capability to withstand loads. In the present thesis, the stress-strain response under large plastic deformation of high density PE (HDPE) was investigated in different triaxiality frameworks. A wide range of loading conditions (tension, compression and simple shear) was explored. Investigation was performed using specimens cut from HDPE pipes. The tensile tests were achieved on hourglass-shaped specimens with different curvature radii in order to set different stress states in the median cross-section. The tests were achieved by means of an optical measuring system. A particular attention was given on the evolution of volumetric strain resulting from cavitation damage. The effect of stress triaxilality on the fracture strain was also examined. The finite element (FE) method was used to simulate the large deformation bahaviour of HDPE material when subjected to tensile loading. Moreover, the damage phenomenon by void growth was studied using an axisymmetric representative volume element with different triaxiality conditions. In order to evaluate the fracture behaviour of HDPE pipe, an experimental method based on load separation assumption was developed. Furthermore, a numerical analysis using FE method has been conducted for calculating the fracture parameters. The investigation of fracture parameters and bahaviour of HDPE was performed in longitudinal and radial directions