Etude de matériaux minéraux renforcés par des fibres organiques en vue de leur utilisation dans

Mahmoud Tawfik

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Table des matières Table des matières INTRODUCTION 5 Chapitre I ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE I.1. La Matrice cimentaire 7 I.1.1. Définition 7 I.1.2. Constituants 7 I.1.3. Hydratation du Ciment Portland Artificiel (CPA) 8 I.1.4. La prise du ciment 9 I.1.5. Propriétés mécaniques du ciment au cours du durcissement 10 I.2. Le Bois 15 I.2.1. Généralités 16 I.2.2. Structure du bois 16 I.2.3. Composition chimique 17 I.2.4. Propriétés physique du bois 18 I.2.4.1. La masse volumique 18 I.2.4.2. La dureté 19 I.2.4.3. La dilatation thermique 19 I.2.4.4. La conductivité thermique 19 I.2.5. Propriétés mécaniques du bois 20 I.2.5.1. Élasticité 21 I.2.5.2. Comportement non- élastique 23 I.2.5.3. Résistance à la propagation de fissures 25 I.2.6. La structure microscopique du bois 26 I.2.7. Procédés de traitement 27 I.2.7.1. Les traitements physiques 27 I.2.7.2. Les traitements thermiques 28 I.2.7.3. Les traitements chimiques 28 I.2.7.4. Les traitements mixtes 29 I.3. Autre renfort utilisé dans ce travail : les rubans de verre métallique 29 I.4. Composite Ciment- Bois 30 I.4.1. Introduction 30 I.4.2. Influence le temps de prise du ciment/bois 31 1Table des matières I.4.3. Propriétés mécaniques de composite courant 32 I.4.4. Compatibilité des fibres de bois avec le ciment 40 I.4.5. Les ...

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Table des matières

Table des matières INTRODUCTION Chapitre I ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE I.1. La Matrice cimentaire  I.1.1.Définition  I.1.2.Constituants  I.1.3.Hydratation du Ciment Portland Artificiel (CPA)  I.1.4.La prise du ciment  I.1.5.Propriétés mécaniques du ciment au cours du durcissement I.2. Le Bois  I.2.1.Généralités  I.2.2.Structure du bois  I.2.3.Composition chimique  I.2.4.Propriétés physique du bois  I.2.4.1.La masse volumique  I.2.4.2.La dureté  I.2.4.3.La dilatation thermique  I.2.4.4.La conductivité thermique I.2.5. Propriétés mécaniques du bois  I.2.5.1.Élasticité  I.2.5.2.Comportement non- élastique  I.2.5.3.Résistance à la propagation de fissures I.2.6. La structure microscopique du bois  I.2.7.Procédés de traitement  I.2.7.1.Les traitements physiques  I.2.7.2.Les traitements thermiques  I.2.7.3.Les traitements chimiques  I.2.7.4.Les traitements mixtes I.3. Autre renfort utilisé dans ce travail : les rubans de verre métallique I.4. Composite Ciment- Bois I.4.1. Introduction I.4.2. Influence le temps de prise du ciment/bois

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Table des matières

 I.4.3.Propriétés mécaniques de composite courant  I.4.4.Compatibilité des fibres de bois avec le ciment  I.4.5.Les interfaces fibre- matrice  I.4.6.Effet de l'humidité sur les variations dimensionnelles  I.4.7.Effet de l’orientation des fibres  I.4.7.1.Essai d’extraction (pull out)  I.4.7.2.Les différents test d'extraction fibre-ciment décrits dans la bibliographie  I.4.7.3.Modélisation de l’arrachement d’une fibre inclinée  I.4.7.3a. Modèles phénoménologiques  I.4.7.3.b.Modèles issus de la résistance des matériaux I.5. Conclusion

Chapitre II CARACTÉRISATION MÉCANIQUE DU BOIS II.1. Essai de flexion  II.1.1Principe II.1.2. Eprouvettes testées et traitements II.1.2.1. La rétification  II.1.2.2.Principe de la rétification  II.1.3.Statistique de Weibull  II.1.4.Diagramme force-flèche II.2. Résultats et discussion  II.2.1.Effet des traitements du bois  II.2.2.Effet de la vitesse appliquée  II.2.3.Effet de l’élancement (distance entre appuis)  II.2.3.1.Hypothèse  II.2.3.2.Discussion sur l’effet de l’élancement  II.2.4.Observation au Microscope optique  II.2.5.Simulation II.3. Conclusion

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32 40 41 42 43 45 46 48 49 51 55

57 57 59 60 60 61 63 65 65 67 70 72 76 79 81 85

Table des matières

Chapitre III ÉTUDE DU PONTAGE D’UNE FISSURE PAR DU BOIS EN BAGUETTE III.1. Procédure expérimentale 87  III.1.1.Fabrication des échantillons 88  III.1.2.Essai d’extraction des renforts 90 III.2. Etude du pontage d’une fissure par une fibre 92 III.2.1. Étude des fibres perpendiculaires à la fissure (cas élémentaireθ= 0) 92  III.2.1.1.Étude théorique92  III.2.1.1.a.Casθ= 0 et Gd = 092  III.2.1.2.b.Casθ= 0 et Gd≠0 94  III.2.1.2.Résultats expérimentaux àθ= 097  III.2.2.Étude des fibres inclinées (θest différent de zéro) 101  III.2.2.1.Résultats expérimentaux101  III.2.2.2.Mécanismes d’arrachement d'une fibre inclinée107  III.2.2.3.Étude théorique des fibres obliques (casθ≠0) 110  III.2.2.3.1.Dérivation du modèle pour une baguette de bois de section carré (a×a) 112  III.2.2.3.2.Résultats de la simulation et discussion116  III.2.2.32.a. Cas préliminaire (pas de rupture, pas de pliage)116 A-Effet du module élastique du renfort E f  118 B -Effet du cisaillement induit par le glissementτ f  118 C -Effet de paramètre (k)119 D -Effet du coefficient de freinage sur la poulie fixe (f)119  III.2.2.3.2b. Simulation en cas de pliage121

III.3. Estimation de l’énergie de rupture

 III.3.1.Calcul de l’énergie d’extraction théoriquement III.3.1.1. Casθ= 0 III.3.1.2. Cas oùθest différent de zéro  III.3.2. Détermination expérimentale de l'énergie d'extraction

III.4. Composite réel

III.5. Conclusion

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129 129 129 131 133 135 137

Table des matières

Chapitre IV ÉTUDE DU PONTAGE D’UNE FISSURE PAR DES RUBANS DE VERRE MÉTALLIQUE IV.1 Le renfort en verre métallique  IV.1.1.Caractéristiques du ruban FIBRAFLEX  IV.1.2.Avantages de ce renfort

IV.2. Procédure expérimentale et résultats

 IV.2.1.Résultats expérimentaux àθ= 0

 IV.2.2.Résultats expérimentaux oùθest différent de zéro

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IV.3. Étude théorique de l’extraction des fibres obliques (casθ≠0) 154  IV.3.1.Dérivation du modèle pour un ruban verre- métallique de section 154  rectangulaire(a×h)  IV.3.2.Résultat de la simulation 158  IV.3.2.1.Simulation de l’extraction sans rupture du renfort158  IV.3.2.1.Simulation avec prise en compte de la rupture du renfort162  IV.3.3.Estimation de l’énergie de rupture 165 168IV.3.4. Composite réel IV.4. Conclusion 170 CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES  173 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 179 ANNEXES 187

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