Modélisation numérique du comportement mécanique de la paroi végétale : Application à l’essai de compression diamétrale sur fibre élémentaire

L’équipe MAT’ÉCO (Matériaux pour la transition écologique) du Département de Mécanique Appliquée (DMA) de l’Institut FEMTO-ST développe des méthodes de caractérisation et de modélisation du comportement thermo-hygro-mécanique des composites à fibres végétales de l’échelle nanométrique à l’échelle macroscopique. 

En lien avec la transition écologique et énergétique, les fibres végétales constituent des candidats majeurs pour remplacer les renforts synthétiques dans les matériaux composites. Toutefois, du fait de leurs propriétés intrinsèques (ultrastructure complexe, sensibilité hygrothermique, variabilités multiples), ces matériaux biosourcés restent peu utilisés dans l’industrie. Ainsi, il est nécessaire de caractériser et comprendre finement leur comportement mécanique pour exploiter pleinement le potentiel des fibres végétales.

À ce titre, un modèle micromécanique de la paroi végétale a été historiquement développé au sein de Département de Mécanique Appliquée. Celui-ci a permis d’établir des liens entre les caractéristiques de la paroi végétale et les propriétés mécaniques des fibres de lin et de chanvre. Néanmoins, cette approche se limite actuellement au cas d’une sollicitation en traction longitudinale. D’un autre côté, un dispositif expérimental de compression diamétrale a été récemment développé afin de déterminer le module élastique transverse de la paroi végétale. En outre, l’effet de la morphologie et des propriétés des fibres sur la réponse du matériau, dans le cas de cette sollicitation transversale, a été étudié à l’aide d’un modèle éléments finis. La mise en commun de ces deux approches permettrait alors de mieux appréhender les mécanismes gouvernant le comportement mécanique global des fibres végétales.

La finalité de ce stage est donc d’enrichir le modèle micromécanique de la paroi végétale en l’étendant au cas de la compression diamétrale. La démarche proposée à l’étudiant(e) pour atteindre cet objectif comprend plusieurs étapes :

• S’approprier les modèles actuels traitant séparément des essais de traction et de compression diamétrale.
• Enrichir le modèle micromécanique pour qu’il soit représentatif, à la fois, du comportement longitudinal (essais de traction) et du comportement transverse (essais de compression diamétrale) des fibres végétales.
• Valider la démarche à partir d’essais expérimentaux menés sur des fibres de lin et de chanvre.

Étudiant(e) de niveau Master 2 (université ou école d’ingénieurs) en mécanique ou sciences des matériaux avec de fortes compétences en modélisation/simulation numérique. La maîtrise d’un code de calcul éléments finis (ABAQUS, ANSYS, COMSOL Multiphysics, etc.) est attendue.