Matériaux en mer : Essais et qualification

13ème Rencontre nationale des mécaniciens du CNRS Cabourg, 14-17 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

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

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

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

Structures en milieu marin

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

Exploration des grands fonds ; Engins sous-marins

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

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

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

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

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

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

Force, kn 1 er chargement cordages First loading, new Ropes 300 250 200 150 100 HMPE Aramid 50 0 0 1 2 3 4 5 Strain, %

Ier chargement fibre

Carrotage Grands fonds

Mise en place de moyens d essai (CBOS)

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

Simuler un treuil

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

Développer un essai pour simuler chocs de vagues

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

Energy to first damage, J 1400 1200 1000 800 600 Honeycomb crushing HC 1 Pinned foam 400 200 0 1 2 3 4 5 6 7 Test number

Biocomposites : durabilité Structures en grande profondeur Energie Marine Renouvelable

-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

Contrainte max., MPa - Comportement cyclique 1 200 Influence de l'eau de mer 1 000 800 600 400 Verre E Air Verre E Eau de Mer Verre HP Air Verre HP Eau 2 3 4 5 6 7 Log Nf

Contrainte max. [MPa] - Composites Matériau saturé en eau de mer 1 000 Influence du vieillissement, 15 semaines 60 C eau de mer 900 Neuf 800 700 600 500 Vieilli 400 300 200 1 2 3 4 5 6 7 log (N f ) Utile pour sélection de matériaux

Contrainte max. [MPa] - Composites 2 ième matériau saturé en eau de mer 1 000 900 800 700 600 500 400 300 200 Influence du vieillissement, 15 semaines 60 C eau de mer résine alternative Vieilli 1 2 3 4 5 6 log (N f ) Neuf

Failure stress [MPa] -Composites, Approche couplée, simplifié Modèle mécanique Modèle de diffusion d eau Propriétés (résistance) en fonction de l eau 1 200 1 000 800 600 400 200 0 Concentration of sea water Tension Compression Bending

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

Merci pour votre attention et aux nombreux collaborateurs sur ces projets