Développement d'un pilote de fabrication automatisée de photo-composites semi-ouvrés (pré ...

256 Pages·2015·7.72 MB·French

ANNÉE 2014

Université de Haute Alsace (U.H.A)
Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles (L.P.M.T)
École doctorale Jean-Henri Lambert
___________________________________________________________________________
THÈSE
En vue d’obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE HAUTE ALSACE
Discipline : Automatique et Mécanique
Par
Anwar SHANWAN

Développement d’un pilote de fabrication automatisée
de photo-composites semi-ouvrés (pré-imprégnés)

Soutenue le 11 septembre 2014, devant le jury suivant :
Pr. Didier CHAMAGNE Université de Franche-Comté Rapporteur et président
Pr. Blaise NSOM NDILE Université de Bretagne Occidentale Rapporteur
Pr. Xavier ALLONAS Université de Haute Alsace Examiateur
Dr. Adrien CRIQUI Mäder Research Examinateur
Dr. Gildas L’HOSTIS Université de Haute Alsace Examinateur
Pr. Bernard DURAND Université de Haute Alsace Directeur de thèse
Dr. Gérald BARBIER Université de Haute Alsace Co-directeur de thèse
M. Fabrice LAURENT Université de Haute Alsace Membre invité
.

À mes chers parents,

Remerciement
Ce travail a été effectué au sein du Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles (LPMT,
EA 4365 CNRS) de l’Université de Haute-Alsace (UHA).
J’exprime une profonde gratitude et de très sincères remerciements à mon directeur de
thèse, M. Bernard DURAND, directeur du laboratoire, pour avoir accepté que je travaille
sous sa supervision, pour m’avoir proposé ce sujet de thèse, et pour m’avoir donné les
moyens de travailler dans de bonnes conditions, mais également pour toutes ses aides
accordées au niveau personnel. Je tiens à saluer son professionnalisme, son enthousiasme
et son dynamisme.
J’exprime également ma profonde reconnaissance à mon co-directeur de thèse, M. Gérald
BARBIER, qui m’a accompagné durant toutes ces années de thèse avec une attention
particulière et une patience considérable. Je le remercie énormément pour toutes ses idées
et ses conseils avisés qui m’ont permis de gagner énormément de temps.
Je souhaite également exprimer mes sincères remerciements à M. Gildas L’HOSTIS pour
son temps précieux qui m’a été accordé pendant toute la période de cette thèse, et pour tous
ses conseils précieux.
Mes remerciements sont aussi adressés à M. Blaise NSOM, M. Didier CHAMAGNE, M.
Xavier ALLONAS, M. Adrien CRIQUI, et M. Fabrice LAURENT, pour avoir accepté d’être
membres de jury de ma thèse.
Je ne manquerai pas de remercier les membres de notre laboratoire, notamment Mme
Agnès SCHWOB pour sa coopération sincère avec tous les thésards du laboratoire. Je
remercie également le personnel du service technique de notre école, notamment M. Francis
JORDAN et M. Christian PIDANCIER pour toutes leurs aides facilitant l’avancée de nos
travaux de recherches.
Un merci tout particulier à Ramia ALMOHAMAD pour tous les bons moments que nous
avons passé ensemble durant ces longues années de séjour en France.
Je remercie aussi toute la communauté syrienne avec laquelle j’ai passé des moments
familiaux et je tiens à remercier tout particulièrement Tayseer SHARABATY, qui a joué le
rôle de l’aîné et s’est substitué à l’absence de ma famille pendant tous les moments difficiles
que j’ai passé en France.
Merci aussi à tous les thésards et amis du laboratoire pour les moments agréables partagés.
Tous mes remerciements s’adressent à Ahmad Ibrahim qui m’a énormément aidé pour
mener à bien les aspects de recherche liée à la photo-polymérisation, par ses
connaissances riches qu’il m’a transmis dans le domaine de la chimie.
J’aimerais adresser mes remerciements au Professeur Abdel-Aziz Sehili ; à Anabel et Lucía
Quintero, Joanna Flasińska, Katarzyna Pasieczna, Dominik Piłat, et Tarique Arrach, pour les
bons moments de bonheur et de joie qui nous ont réuni en France.
Tous les mots de remerciements ne vaudront jamais le sacrifice que mes chers parents ont
fait pour moi durant toute ma vie. Je leur serai éternellement reconnaissant, et je les
remercie pour leur amour sincère qui a été ma force motrice pour travailler sérieusement et
faire leur bonheur et leur fierté. Je remercie infiniment mes chers frères : Omar, Modar, et
Khaled, et mes chères sœurs : Amna, Hadil, Bara’a, Ola, et surtout Farah, pour leurs
sourires quotidiens m’assurant que tout ce passe bien malgré les moments très durs qu’ils
passent en Syrie.
TABLE DES MATIÈRES
Introduction générale ............................................................................................................. 1
Premier chapitre : Systèmes de photopolymérisation de résines et systèmes d’imprégnation
de renforts fibreux, problématiques et solutions .................................................................... 6
Vocabulaire ou expressions utilisés couramment dans ce chapitre ....................................... 7
1. Introduction ....................................................................................................................... 8
2. Matériaux composites ........................................................................................................ 8
3. Technologie de photopolymérisation Ultra-Violets (UV) ....................................................10
3.1 Définition des rayonnements UV .................................................................................10
3.2 Mécanisme de photopolymérisation d’une résine liquide par la voie UV .....................11
3.3 Avantages, inconvénients, et applications de la polymérisation photochimique par l’UV
.........................................................................................................................................12
4. Classifications du composite ............................................................................................13
4.1 Classification selon le type de renforts ........................................................................14
4.1.1 Fibres de verre .....................................................................................................14
4.1.2 Fibres de Carbone ................................................................................................14
4.2 Classification par type de résine .................................................................................14
4.2.1 Résines Acryliques ...............................................................................................14
4.2.2 Résines polyester insaturées ................................................................................14
4.2.3 Résines époxy ......................................................................................................15
4.3 Classification par type de polymérisation ....................................................................15
4.3.1 Polymérisation photochimique (photopolymérisation) ...........................................15
4.3.2 Polymérisation thermique .....................................................................................16
4.3.3 Polymérisation Dual-Cure .....................................................................................16
5. Fabrication manuelle d’un composite par rayonnement UV ..............................................17
5.1 Types de composites UV fabriqués .............................................................................17
5.1.1 Composites UV semi-ouvrés (préimprégnés) .......................................................17
5.1.2 Composites UV finaux ..........................................................................................17
5.2 Sources de photopolymérisation utilisées ...................................................................17
5.3 Fabrication manuelle de composite UV .......................................................................17
5.4 Choix d’automatisation du procédé manuel. ................................................................19
6. Conclusion .......................................................................................................................19
7. Processus d’imprégnation ................................................................................................19
8. Rappel des lois de mouillage et de progression capillaire .................................................21
8.1 Lois de mouillage ........................................................................................................21
8.2 Progression capillaire (loi de Jurin) .............................................................................22
9. Systèmes d’imprégnation de fibres et de renforts fibreux .................................................23
9.1 Méthodes d’imprégnation par fusion directe de la résine.............................................24
9.2 Méthodes d’imprégnation précédée par un mélange intime des composants de
composite .........................................................................................................................25
9.2.1 Imprégnation en poudre (Powder impregnation) ...................................................25
9.2.2 Imprégnation par superposition de films (Films stacking) .....................................27
9.2.3 Imprégnation au moyen de fibres de polymère (commingled fibers) .....................28
9.3 Imprégnation à l’aide des solvants ..............................................................................29
9.4 Technique d’imprégnation en plein bain ou imprégnation directe par une résine liquide
(Dip-coating). ....................................................................................................................30
10. Choix final de méthode d’imprégnation pour la réalisation du démonstrateur .................31
11. Phénomènes et paramètres liés à l’imprégnation ...........................................................31
11.1 Temps d’imprégnation...............................................................................................31
11.2 Vitesse de défilement du renfort ................................................................................32
11.3 Effet de la température sur la viscosité de la résine ..................................................32
11.4 Effet d’ensimage du renfort sur l’imprégnation ..........................................................32
11.5 Effet d’échauffement du renfort sur l’imprégnation ....................................................32
11.6 Effet d’aspiration de résine liquide à travers du renfort ..............................................32
11.7 Effet de compactage du renfort imprégné .................................................................33
12. Conclusion .....................................................................................................................34

Deuxième chapitre : Mise en place d’un démonstrateur d’imprégnation de renforts fibreux
par une résine photopolymérisable .......................................................................................35