FERMETURE VACANCES ESTIVALES - L'ISPA est fermé du 3 août au 17 août 2026 inclus.
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Les procédés de fabrication des composites stratifiés peuvent générer des défauts internes, notamment des porosités, susceptibles d’altérer les performances et la durabilité des pièces. Ce projet vise à mieux comprendre l’influence de ces défauts sur le comportement mécanique de composites renforcés par des fibres de verre.
Deux matrices ont été comparées : une résine thermoplastique acrylique Elium® 150 et une résine thermodurcissable en polyester insaturé. Huit plaques présentant différents taux de vide ont été fabriquées par infusion sous vide. Leur porosité a été quantifiée par des mesures de densité et de calcination, avant de réaliser des essais de traction, de flexion trois points, de chargement-déchargement progressif et de choc Charpy.
Les résultats montrent que l’augmentation du taux de vide entraîne une diminution de la rigidité et de la résistance mécanique des deux familles de composites. Cette diminution est particulièrement marquée pour les propriétés associées à l’amorçage et à la propagation de l’endommagement, notamment la résistance en flexion.
Dans les plages de porosité étudiées, les stratifiés Elium® 150/verre apparaissent plus sensibles à l’augmentation du taux de vide que les stratifiés polyester/verre, bien que la matrice Elium conserve une meilleure capacité d’absorption de l’énergie au choc à faible porosité.
En complément des essais, une approche de modélisation fondée sur l’homogénéisation à champ moyen a été développée afin de prédire le comportement des composites poreux. Ces travaux contribuent ainsi à mieux relier les paramètres de fabrication, la présence de défauts et les performances finales des pièces composites.
La fabrication de pièces composites hautes performances génère des chutes de préimprégnés carbone/époxy qui, malgré leur forte valeur matière, sont encore fréquemment éliminées par enfouissement.
Ce projet, mené en collaboration avec l’entreprise Carl Composite, avait pour objectif d’identifier des voies de valorisation adaptées à plusieurs tonnes de chutes produites chaque année. Ces rebuts se présentent sous la forme de fragments de petite taille, de géométries irrégulières et d’orientations variables, ce qui limite leur réutilisation directe dans des pièces structurelles.
Plusieurs scénarios ont été comparés, parmi lesquels le broyage, la pyrolyse, la solvolyse, la valorisation énergétique et le réemploi direct. Les travaux expérimentaux ont porté sur la fabrication et la caractérisation de plaques constituées de matière vierge, de chutes recomposées ou d’une architecture sandwich associant des peaux en prépreg vierge à une âme contenant les chutes.
Les résultats montrent que les chutes utilisées seules présentent un comportement plus dispersif et une rigidité réduite. En revanche, leur intégration dans l’âme d’une structure sandwich permet de valoriser une part importante de matière recyclée, tandis que les peaux vierges assurent la reprise des efforts mécaniques principaux. Un cambrion de chaussure a été étudié comme démonstrateur afin d’évaluer la faisabilité technique, environnementale et économique de cette approche. L’analyse du cycle de vie met en évidence l’intérêt environnemental du réemploi direct par rapport à des solutions nécessitant des transformations lourdes. Toutefois, la faible valeur marchande du cambrion limite son intérêt économique à grande échelle.
Les perspectives portent donc sur des applications non structurelles ou semi-structurelles à plus forte valeur ajoutée, notamment dans les secteurs de l’orthopédie, du sport, de l’automobile légère ou des accessoires premium.
Les composites à renforts continus sont traditionnellement fabriqués à partir de matrices thermodurcissables, qui offrent de bonnes performances mécaniques mais présentent généralement des temps de cycle longs et une recyclabilité limitée.
Ce projet avait pour objectif d’étudier la possibilité d’associer les cadences de production de l’injection thermoplastique aux performances mécaniques apportées par des fibres continues.
Plusieurs matrices et renforts ont été testés afin d’identifier un couple compatible avec les contraintes d’imprégnation et de transformation. Les essais ont conduit à retenir une matrice en polyamide 11, présentant une bonne fluidité et une certaine translucidité, associée à un renfort unidirectionnel en fibres de verre. Un dispositif spécifique de maintien et de mise sous tension du renfort a été développé afin de maîtriser son positionnement dans l’empreinte avant et pendant l’injection.
Après optimisation des températures, de la vitesse d’injection et du profil de pression de maintien, des plaques comportant un pli continu ont pu être obtenues avec un temps de cycle d’environ deux minutes. Malgré un taux massique de renfort limité à 9,65 %, les essais de traction ont montré une augmentation moyenne de 45,8 % de la force à la rupture et de 52 % du module d’Young par rapport au PA11 non renforcé.
Ces performances restent cependant fortement dépendantes du positionnement et de la qualité d’imprégnation du renfort. Une mauvaise répartition des fibres peut en effet annuler le bénéfice mécanique attendu. Les essais de choc ont également mis en évidence une diminution de la résilience, traduisant le compromis classique entre rigidité, résistance et capacité d’absorption d’énergie.
Cette première preuve de faisabilité ouvre des perspectives vers l’automatisation du positionnement des renforts, l’utilisation de plusieurs plis, l’étude de géométries plus complexes et l’évaluation de la recyclabilité des pièces produites.
Les composites thermodurcissables de type SMC – Sheet Molding Compound sont largement utilisés pour produire des pièces légères et performantes, notamment dans les secteurs automobile, aéronautique et de la construction. Leur structure réticulée rend toutefois leur recyclage particulièrement difficile et conduit encore à l’enfouissement d’une part importante des déchets générés.
Ce projet explore une voie de valorisation consistant à utiliser une poudre micronisée issue du broyage de déchets SMC comme renfort dans une matrice thermoplastique en polypropylène. Des formulations contenant 10, 20 et 30 % massiques de SMC recyclé, sans ajout de compatibilisant ni d’agent de couplage, ont été préparées par extrusion bivis, puis transformées par injection. Une campagne complète de caractérisation thermique, chimique, rhéologique et mécanique a permis d’évaluer l’influence du taux de SMC sur les propriétés du matériau. Les résultats montrent que l’incorporation de SMC affecte peu la cristallinité du polypropylène et augmente la viscosité à faible cisaillement sans empêcher la transformation par injection. L’ajout de 30 % de SMC permet notamment d’augmenter la rigidité en traction d’environ 70 % et la résistance en flexion d’environ 6 %.
Cette amélioration s’accompagne néanmoins d’une diminution d’environ 14 % de la résistance en traction et de 50 % de la capacité d’absorption d’énergie au choc, principalement en raison de l’hétérogénéité du recyclat et de la faible adhésion entre la matrice PP et les constituants du SMC. En complément des essais, un modèle élasto-viscoplastique de type Perzyna a été identifié à partir des données expérimentales. Celui-ci reproduit le comportement des différentes formulations et leur sensibilité à la vitesse de chargement avec un écart inférieur à 5 %.
Ces travaux démontrent ainsi la possibilité de transformer des déchets composites thermodurcissables en matière première secondaire injectable, tout en fournissant un outil prédictif pour orienter le choix des formulations et limiter les campagnes d’essais.
