Matériaux en mer : Essais et qualification

Transcription

1 13ème Rencontre nationale des mécaniciens du CNRS Cabourg, octobre 2013 la mécanique en milieu extrême Matériaux en mer : Essais et qualification Peter Davies, Laboratoire Comportement de Structures en Mer IFREMER Centre de Bretagne

2 IFREMER Institut Français de Recherche pour l Exploitation de la Mer Centre de Bretagne

3 Laboratoire Matériaux depuis > 25 ans, spécificité milieu marin, aujourd hui surtout polymères Flottabilité et isolation Fibres et câbles Composites marines Adhesifs Elastomères

4 Présentation Exploration des grands fonds Manutention en mer Bateaux de course Nouveaux défis

5 Structures en milieu marin

6 Eau de mer Pression Températures Chargements - mécaniques L environnement - hydrodynamiques Produits chimiques, hydrocarbures Toujours couplages

7 Exploration des grands fonds ; Engins sous-marins

8 Exploration des grands fonds Ex. Le Nautile Polyamide PMMA Composites POM/Polyester Mousse syntactique Nitrile Polyuréthanne

9 Moyens d essai, les caissons hyperbares Pressions jusqu à 2400 bar (env 24 km de profondeur)

10 - Développement de caissons spécifiques Influence de la pression sur la prise d eau

11 Influence de la pression sur la prise d eau Composites Composite verre/époxy fabrication manuelle

12 Développement de caissons spécifiques, ex. CHEM (caisson hyperbare essais mécaniques)

13 Présentation Exploration des grands fonds Manutention en mer Bateaux de course Nouveaux défis

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15 Expérience des câbles offshore Polyester 100 s de tonnes Pour la manutention : Fibres haute performance (HMPE ou aramides) 50 T à la rupture

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17 Force, kn 1 er chargement cordages First loading, new Ropes HMPE Aramid Strain, %

18 Ier chargement fibre

19 Carrotage Grands fonds

20 Mise en place de moyens d essai (CBOS)

21 Comportement de cordages, passage sur poulies Modélisation mécanique + cyclique ( + thermique ) Etude avec Ecole Centrale de Paris (D. Durville)

22 Simuler un treuil

23 Mesurer coefficients de frottement 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 Friction coefficient, reference and coated HMPE, Wet, versus cycles, 20% break load 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 N/Nf

24 Présentation Exploration des grands fonds Manutention en mer Bateaux de course Nouveaux défis

25 Développer un essai pour simuler chocs de vagues

26 Développer un essai pour simuler chocs de vagues

27 Développer un essai pour simuler chocs de vagues 46 kg 5 kg 18 kg 26 kg

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30 Energy to first damage, J Honeycomb crushing HC 1 Pinned foam Test number

31 Présentation Exploration des grands fonds Manutention en mer Bateaux de course Nouveaux défis

32 Biocomposites : durabilité Structures en grande profondeur Energie Marine Renouvelable

33 -Chargement de pales d hydroliennes Développement d essais Essais dans l eau de mer renouvelée et contrôlée en température 1. Fatigue dans l eau de mer 2. Influence du vieillissement 3. Fatigue après vieillissement

34 Contrainte max., MPa - Comportement cyclique Influence de l'eau de mer Verre E Air Verre E Eau de Mer Verre HP Air Verre HP Eau Log Nf

35 Contrainte max. [MPa] - Composites Matériau saturé en eau de mer Influence du vieillissement, 15 semaines 60 C eau de mer 900 Neuf Vieilli log (N f ) Utile pour sélection de matériaux

36 Contrainte max. [MPa] - Composites 2 ième matériau saturé en eau de mer Influence du vieillissement, 15 semaines 60 C eau de mer résine alternative Vieilli log (N f ) Neuf

37 Failure stress [MPa] -Composites, Approche couplée, simplifié Modèle mécanique Modèle de diffusion d eau Propriétés (résistance) en fonction de l eau Concentration of sea water Tension Compression Bending

38 Quelques conclusions On dispose d une base de données importante sur le comportement de matériaux en mer, On commence à prendre en compte certains couplages, On arrive à simuler certaines sollicitations au laboratoire, mais Des essais en conditions réelles et le retour d expérience restent indispensables. Commercialisation Demonstrateur Bassin, maquettes Petites structures, assemblages Caractérisation matériaux, vieillissement QUALIFICATION

39 Merci pour votre attention et aux nombreux collaborateurs sur ces projets