Thèse%des%bois% MISE%EN%ŒUVRE%ÉCO.CONÇUE%DE%COMPOSITES%À% BASE%DE%BOIS%EN%VUE%D APPLICATION%NAVALE% %3%juillet%2013$

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1 Thèse%des%bois% %3%juillet%2013 MISE%EN%ŒUVRE%ÉCO.CONÇUE%DE%COMPOSITES%À% BASE%DE%BOIS%EN%VUE%D APPLICATION%NAVALE% AnneLavale)e,doctoranteGCE/Dubourdieu RégisPommier,EncadrantGCE Chris?neDelisée,MichelDanis,DirecteursGCE/MPI EmmanuelMar?n,Chan?ernavalDubourdieu

2 (UMR UBx (UB1, IPB) / CNRS / Arts et Métiers ParisTech / USC INRA) 01/01/2011, regroupement des laboratoires de mécanique de Bx. GCE Génie Civil et Environnemental 21 EC + 1 IR. APY Acoustique Physique 7 EC + 6 C. TREFLE Fluides/Transferts 28 EC + 4 C +2 IR. MPI Matériaux Procédés Interactions 14 EC. IMC Ingénierie Mécanique et Conception 17 EC. DUMAS Durabilité Matériaux Assemblages 17 EC + 1 C + 1 IR Actions transverses. Ingénierie du Bois et de ses Composites. Tenue en service des matériaux et structures. Evaluation/Contrôle Non Destructif. Constructions et Energie Durables 1 1

3 Compétences:! Imagerie3D,stéréovision Matériauxcomposites,collagedubois Concep?on,écoFconcep?onetassemblagedeconnaissances Diagnos?cdesouvrages(dontanciens) Durabilité,préserva?ondubois Rela?onssylviculture/propriétésdesbois Modélisa?on,calculscien?fique Mécaniquedel endommagementetdelarupture Fluage,duréedevie,assemblages ConseilenTimberEngineering(réglementa?on, ) 2

4 3

5 I%CONTEXTE,%OBJECTIFS%ET%APPLICATIONS% Laforme % Leséquipements *Par?eduprojetABOVE Lesrevêtements ProjetGREENBOAT*: Repenserlaconcep?on desbateauxafinde minimiserleurimpact environnementalparune réflexionsur: Lapropulsion Lesmatériaux Développementd un matériauàbasedeboisà des?na?ondescoquesetde l agencementdesbateaux. 4

6 I%CONTEXTE,%OBJECTIFS%ET%APPLICATIONS% Concevoir%un%matériau%composite%innovant%à%desUnaUon% des%coques%et%de%l aménagement%intérieur%des%bateaux.%% Lematériaudoit: F sa?sfaireauxperformancesmécaniquesrequisesdanslaconstruc?on navale F perme)red ajusterlepanneauàlaformedelacoque F minimiserl'impactenvironnementaldelastructure 5

7 6

8 II%PRESENTATION%DU%PROCEDE%DE% FABRICATION%DU%MATERIAU% Principe%:% % Miseenœuvred unboisàforteteneureneau (MC>30%) U?lisa?on d un adhésif polyuréthane mono composant Polymérisa?onavecl eaudubois Avantages%majeurs%du%procédé%:% F Simplifica?ondelagammedefabrica?on F Meilleureap?tudeaucintrage 7

9 II%PRESENTATION%DU%PROCEDE%DE% FABRICATION%DU%MATERIAU% % Principe%:% % % % % % % Avantages%:% Prise&de&vide Mastic&d étanchéité& Schéma'du'moulage'sous'vide' Fdeséquipementspeuonéreuxetsimples Bâche&souple&étanche& Tissu&absorbant& Tissu&perforé& Tissu&d arrachage Contreplaqué&vert& Cire&anti;adhésive& Demi;moule&plan&ou& courbe& F desdimensionsnonlimitéesetdesformesvariées F unepressioniden?querépar?esurl'ensembledumatériau forméetfaibleparrapportauxprocédéstradi?onnels 8

10 II%PRESENTATION%DU%PROCEDE%DE% FABRICATION%DU%MATERIAU% Fabrica?ond unbordédebateau: a) encollage'des'plis'vert'' b)'pressage'durant'30'heures'' c)' Contreplaqué' des;né' à' être' plaqué' sur' les' membrures' 9

11 10

12 III%EFFET%DES%PARAMETRES%DE%FABRICATION Déroulagedepinmari?me, 2,4mmd épaisseur,5plis AdhesifPU(CollanoRP2554) Paramètresd entrée: Fteneureneau Fgrammaged'adhésif Grammage (g/m 2 )! 500! 250! Domaine d'étude ! Grammaged adhésif Teneureneaudubois Teneur en eau (%)! Plan'd'expériences'complet':'' 8'configura;ons'étudiées' Réponse: qualitéducollage 11

13 III%EFFET%DES%PARAMETRES%DE%FABRICATION 2x10échan?llons/panneau, 8panneaux 2%cycles%de%préparaUon% des%éprouve\es% I(essaitémoin) II(condi?onsextrêmes) Testsdecisaillement d aprèslanormenfen314 Faciès'de'rupture' Sec?oncisaillée:25x25mm 2 DescripUon% Immersion24heneaufroide(20±3 C) Immersion72heneaubouillante 12

14 III%EFFET%DES%PARAMETRES%DE%FABRICATION CycleI CycleII Contrainte Contraintedecisaillementmoyenneτ(MPa) moyenne (N/mm 2 ) M o y e n n e 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,0 1,1 1,1 1,0 0,9 0, Graphique des effets principaux pour 72h contrainte cis C5 Moyennes des données G (g/m 2 ) MC (%) Effet'de'chaque'facteur'sur'la'réponse'globale' C6 Contraintes%de%cisaillement%:% supérieuresauxvaleurs requisespourunusage industriel(1mpa) valeurslesplusélevéespour lespanneaux: 500gF60% 250gF30% 500gF30% 13

15 III%EFFET%DES%PARAMETRES%DE%FABRICATION Mise en contact de la colle et du bois (propriétés de surface). Colle Bois Adsorption. Le mouillage conditionne les forces de liaison développées entre l'adhésif et le substrat Etude des propriétés surfaciques de la colle et du bois Développement des forces d'adhésion (imprégnation) Absorption. L'imprégnation ne doit être ni trop importante ni trop faible. 3 couches de cellules doivent être remplies. Un joint d épaisseur constante doit être observé. Observations microscopiques du joint Création d'un système cohésif global Observation de la qualité du collage Tests mécaniques Les'étapes'du'collage' 14

16 III%EFFET%DES%PARAMETRES%DE%FABRICATION Energie%de%mouillage%(mJ/m 2 )% 0 0 F0, F1 F1,5 F2 F2,5 F3 F3,5 F4 F4,5 Teneur%en%eau%du%bois%(%)% Energie'de'mouillage'du'bois'avec'la'colle'en' fonc;on'de'la'teneur'en'eau' Jointcorrect 1 mm E w =γ L (cosθf1) 500g-12% Jointtropmince Angle'de'contact'mesuré'sur'les'plis' de'bois':'10'mesures'/'teneur'en'eau' 500g-60% Coupes'de'joints'observés' au'microscope'op;que' 15

17 III%EFFET%DES%PARAMETRES%DE%FABRICATION Défini?ond unmodèle:y=1,94+0,37gf1,79mcf0,54mc 2 F0,33G.MC 2 +1,64MC 3 τ"(mpa)" 2,5;3& 2;2,5& 1,5;2& 1;1,5& 0,5;1& 100& 90& 80& Mauvais ancrage, réac?on avec l eau en surface sans liaisonsaveclematériaubois Tropd eau 70& Propriétés op?males dujoint 60& 50& 40& 30& 250& 20& MC"(%)" Migra?on excessive delacolle Pasassezd eau G"(g/m2)" 500& Légère croissance avecg 16

18 17

19 IV%CONCLUSION%ET%PERSPECTIVES F Procédéadaptéàlaréalisa?ondecoques F Qualitéop?maleobtenuepouruneteneureneau variantde30%à60% F Grammagede250g/m 2 suffisantpourlarésistanceau cisaillement Photo'du'démonstrateur'réalisé'! 18

20 IV%CONCLUSION%ET%PERSPECTIVES F Modifica?ondelacolleenvued op?misa?ondugrammage F Poursuitedesobserva?onsmicroscopiques/tomographie F Etudeduséchagesousvide 19

21 MERCIPOURVOTREATTENTION! 20

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