Caractérisation et modélisation multiéchelles du comportement mécanique de milieux fibreux – MECAFIBRES

Le comportement mécanique de milieux fibreux, tissés et non-tissés, est d'un grand intérêt actuellement, compte tenu de leur utilisation croissante dans des contextes divers, où ils présentent des caractéristiques spécifiques intéressantes : gain de poids, gain de temps machine très important pour des grandes productions, de temps main d'œuvre, mais aussi de matière et d'énergie, meilleure répartition des efforts, mobilité importante du tissu sec, performances mécaniques accrues, bonne stabilité chimique, résistance à la corrosion. Ces avantages justifient l'emploi de textiles pour la réalisation de produits à forte composante technologique et à forte valeur ajoutée : géotextiles (fonctions mécaniques et hydrologiques), habillement, construction mécanique et notamment l'industrie aéronautique, secteur dans lequel on assiste à une forte augmentation des composites à renforts fibreux (multiplis à renforts en fibres de carbone utilisés par SNECMA ; NCF Non Crimped Fabric largement utilisés en aéronautique). Grâce au développement récent des techniques de simulation et des capacités de calcul, il devient possible d'aborder par la simulation le comportement mécanique de milieux fibreux au niveau des interactions entre fibres, ce qui ouvre des voies nouvelles pour l'exploration et la compréhension des phénomènes se produisant à ce niveau, et surtout pour élaborer et identifier des modèles aux échelles intermédiaires, indispensables pour une prédiction du comportement macroscopique. En dépit de nombreuses tentatives de modélisation du comportement effectif, il n'y a actuellement pas encore d'approche reconnue capable d'appréhender les aspects les plus importants de la déformation des structures fiberuses, et de prédire de façon efficace simultanément la réponse macroscopique de la structure et celle des fibres ou des fils aux plus petites échelles. L'objectif principal de ce projet est de construire une boite à outil logiciel des modèles de comportement mécanique multiéchelles de milieux fibreux secs, à disposition des partenaires industriels. Ces modèles prendront en compte des informations fines liées aux constituants élémentaires (fils ou fibres) et à leurs interactions mutuelles (contact, frottement, dégradation, rupture), qui auront été caractérisées par des essais et la mise en œuvre de techniques appropriées. Outre le raffinement des modèles aux différentes échelles, l'enjeu essentiel se situe au niveau de l'interface et du dialogue entre ces différents modèles. Un des verrous scientifiques identifiés dans la transition d'échelles est la prise en compte des aspects statistiques inhérents aux milieux fibreux étudiés.L'identification des principaux phénomènes représentatifs, la recherche de variables pertinentes pour les représenter, sont des questions centrales et ouvertes, qui se posent précisément au niveau des interfaces entre les échelles. L'élaboration de modèles prédictifs permettra de prévoir l'impact des paramètres des produits élaborés sur les fonctionnalités multiphysiques recherchées, et d'optimiser les critères de choix des textiles. ...