Understanding and modeling of the contact mechanisms of high modulus polyethylene cables

Avec l’apparition de fibres textiles de plus en plus performantes et le travail quotidien pour la course au large, Ino-Rope a inventé le concept de poulie textile. Ce concept est basé sur celui d’un anneau à friction qui glisse sur un axe réalisé en cordage de fibres polyéthylène haut module. Ces poulies ont montré de bonnes caractéristiques (légèreté, simplicité, rendement...) et ont fait leur preuve sur de nombreux voiliers de course au large. Toutefois, le rendement de la poulie, le comportement mécanique de l’axe textile, l’échauffement de celle-ci en fonctionnement, sont des données qui ont été pour le moment peu étudiées. Cette thèse vise donc à aider à la compréhension et la modélisation des mécanismes de contacts de câbles en fibres polyéthylène haut module. Un protocole de pré-étirage optimal a été proposé afin de stabiliser les propriétés mécaniques des câbles synthétiques de cette étude. Une plage d’utilisation des poulies en fonction du chargement et de la vitesse de rotation de la poulie a été mis en place à l’aide d’une caractérisation et d’une modélisation de la surface de contact entre l’anneau de la poulie et l’axe textile. Cette modélisation se base notamment sur une loi de comportement mécanique de la tresse développé au cours de ces travaux. A travers diverses mesures (WAXS, DSC, microscope...), des premières conclusions ont pu également être apportées sur l’apparition d’un phénomène dit de "lustrage" qui apparait entre l’axe en textile et l’anneau de la poulie lors de son fonctionnement.With the birth of more and more efficient textile fibers and the daily work for ocean racing, INO-ROPE invented the concept of textile pulley. This concept is based on that of a friction ring that slides on an axis made of high modulus polyethylene fiber rope. These pulleys have shown good characteristics (lightness, simplicity, efficiency...) and have proved their worth on many offshore racing sailboats. However, the efficiency of the pulley, the mechanical behavior of the textile axis, the heating of the latter in operation, are data which have been few studied so far. This thesis aims to help the understanding and modeling of the contact mechanisms of cables in high modulus polyethylene fibers. An optimal bedding-in protocol was proposed in order to stabilize the mechanical properties of the synthetic cables. A range of use of the pulleys according to the load and the rotational speed of the pulley was established using a characterization and a modeling of the contact surface between the ring of the pulley and the textile axis. This modeling is based on a mechanical constitutive law of the braid developed during this work. Through various measurements (WAXS, DSC, microscope...), first conclusions were also made on the appearance of a phenomenon known as "lustering" which appears between the textile axis and the ring of the pulley during its operation