Elaboration and study of the dynamic performance of bio-sourced composites with a hybrid flax-glass architecture

L'utilisation des matériaux composites renforcés par des fibres végétales ne cesse de croitre dans divers secteurs tels que l'automobile et le packaging. Toutefois, le problème de leur sensibilité à l'humidité freine encore leur utilisation dans des applications exposées à des conditions environnementales extrêmes. Par conséquent, l'hybridation des fibres végétales avec des fibres synthétiques peut constituer une voie prometteuse pour améliorer certaines propriétés des composites à renfort végétal. C'est dans ce contexte que se situe le présent travail doctoral. Il présente une analyse expérimentale du comportement en fatigue par traction--traction et en fatigue par chocs à faible énergie de stratifiés non hybrides et hybrides lin-verre/époxyde. Une investigation de leur durabilité après un vieillissement hydrique jusqu'à la saturation est également présentée. À cette fin, plusieurs plaques des composites non hybrides et hybrides lin-verre/époxyde ont été élaborées par le procédé d'infusion sous vide. Dans un premier temps, nous avons réalisé une caractérisation en traction monotone des composites de l'étude et étudié la cinétique de diffusion de l'humidité au sein de ces matériaux. Les résultats de ces essais montrent que le remplacement de couches de lin par des couches de verre améliore nettement les propriétés mécaniques stratifié lin/époxyde et diminue également sa masse d'eau absorbée à saturation. Ensuite, des essais de fatigue cyclique ont été réalisés sur des éprouvettes composites non vieillies et vieillies. Ces essais de fatigue ont été couplés à la technique de l'émission acoustique afin d'identifier les mécanismes d'endommagement et leur chronologie d'apparition. Pour évaluer l'effet de la charge de fatigue sur la perte de rigidité, les boucles d'hystérésis et le facteur d'amortissement des composites non hybrides et hybrides ont été étudiées. L'analyse des signaux acoustique permet d'identifier trois classes de signaux acoustiques dans tous les composites étudiés. Ces trois classes sont attribuées aux principaux mécanismes d'endommagement comme la fissuration matricielle, la décohésion fibre--matrice et la rupture des fibres. Cette attribution est consolidée par des observations microscopiques obtenues à l'aide d'un microscope électronique à balayage. Enfin, des essais de fatigue par chocs à faible énergie ont été réalisés sur des échantillons composites non vieillis et vieillis. Les résultats obtenus montrent clairement que le composite lin/époxyde absorbe une grande partie de l'énergie d'impact en déformation élastique. Cependant, le stratifié verre/époxyde consomme cette énergie en endommagement et rupture. De plus, le vieillissement hydrique fragilise tous les composites étudiés et diminue leur résistance à la fatigue par chocs.The use of natural fibre-reinforced composite materials is growing in various sectors such as automotive and packaging. However, the problem of their sensitivity to humidity still hinders their use in applications exposed to extreme environmental conditions. Therefore, the hybridization of natural fibres with synthetic fibres can constitute a promising way to improve some properties of natural fibre-reinforced composites. It is in this context that the present doctoral work is situated. It presents an experimental analysis of the tensile-tensile fatigue and low-energy impact fatigue behaviour of non-hybrid and hybrid flax-glass/epoxy laminates. An investigation of their durability after water aging until saturation is also presented. To this end, several plates of non-hybrid and hybrid flax-glass/epoxy composites have been fabricated by the vacuum infusion process. First, we carried out a monotonic tensile characterization of the studied composites and evaluated the kinetics of moisture diffusion within these materials. The results of these tests show that the addition of glass layers to the flax/epoxy laminate improves its mechanical properties and also reduces its mass of water absorbed at saturation. Then, cyclic fatigue tests were performed on unaged and aged composite specimens. These fatigue tests were coupled with the acoustic emission technique in order to identify the damage mechanisms and their chronology of appearance. To evaluate the effect of fatigue loading on the loss of stiffness, hysteresis loops and the damping factor of non-hybrid and hybrid composites were investigated. The analysis of the acoustic signals makes it possible to identify three classes of acoustic signals in all the studied composites. These three classes are attributed to the main damage mechanisms such as matrix cracking, fibre/matrix decohesion and fibre breakage. This attribution is supported by microscopic observations obtained using a scanning electron microscope. Finally, low-energy impact fatigue tests were performed on unaged and aged composite samples. The obtained results clearly show that the flax/epoxy composite absorbs a large part of the impact energy and transforms it into elastic energy. However, the glass/epoxy laminate consumes this energy in damage and breakage. In addition, water aging weakens all the studied composites and reduces their resistance to impact fatigue