EC0805OP0702GMSP - COMPOSITES BIOSOURCES ET INORGANIQUES

Objectifs

A l'issue de cet enseignement, un étudiant sera capable de :
- rechercher, identifier et présenter les données relatives à la nature, la conception, la fabrication et les application des matériaux composites inorganique et biosourcés.
- distinguer les spécificités imposées par les matériaux renouvelables lors de la mise œuvre des procédés classiques de la plasturgie ;
- calculer une probabilité de rupture d'une céramique et comprendre les mécanismes de renforcement d'un matériau fragile par un renfort fragile.

At the end of this course, the student must be able to:
- search for, identify and present data relating to the nature, design, manufacturing processes and industrial applications of inorganic composite materials and bio-based;
- distinguishing specific features mandated by renewable materials through the implementation of conventional plastic processes;
- calculate a probability of failure for a ceramic and understand the mechanisms to strengthen a brittle material by brittle particles or fibbers.

Présentation

Ce cours aborde les principaux types de composites (matrice et de renforts), les méthodes d'élaboration, leurs propriétés mécaniques, leur intérêt technologique et les marchés potentiels et les fournisseurs.

- La partie « composites biosourcés » traite des fibres naturelles en détaillant leur nature chimique, leurs caractéristiques mécanique et morphologique, puis présente les principaux biopolymères utilisés comme résine en agroplasturgie. Les procédés d'assemblage et la caractérisation des agromatériaux (comportement mécanique, thermo-mécanique, durabilité, compostabilité, biodégradabilité) sont ensuite abordés. Enfin des études de cas sont proposées.

- La partie « composites à matrice métallique » (CMM) présente les métaux utilisés comme matrice, ainsi que les renforts. L'importance de l'interface renfort-matrice est aussi mise en évidence. Les procédés de fabrication et les propriétés spécifiques des CMM sont developpés théoriquement puis à travers la découverte d'applications industrielles.

- La partie « composites à matrice céramique » (CMC) introduit d'abord les notions de base sur les céramiques massives et leur comportement mécanique puis s'attache aux mécanismes de renforcement des cermets (WC·Co), par dispersoides (Al2O3/ZrO2) et par fibres longues (C/C, C-SiC, SiC-SiC).

This course covers the main types of composites (matrix and reinforcing elements), the production processes, their mechanical properties, their technological interests and the potential markets and suppliers.

- The bio sourced composites part deals with natural fibbers detailing their chemical nature, their mechanical and morphological characteristics and presents the main biopolymers used as resin in agri-plastic. Assembly processes and characterization of biomaterials (mechanical behaviour, thermo-mechanical, sustainability, compostability, biodegradability) are then discussed. Finally, case studies are proposed.

- The metallic matrix composites (MMC) part shows metals used as matrix, principal reinforcements. The importance of reinforcement-matrix interface is also demonstrated. The processes methods and the specific properties of CMM are developed then through the discovery of industrial applications.

- The ceramic matrix composites (CMM) part first introduces the basic concepts on bulk ceramics and their mechanical behaviour, then describes the reinforcement mechanisms of Cermets (WC·Co), by dispersoids (Al2O3/ZrO2) and by long fibres (C/C, C-SiC, SiC-SiC).

Pré-requis obligatoires

Des connaissances sur les 3 classes de matériaux (alliages métalliques, polymères et céramiques) et leurs propriétés mécaniques sont obligatoires :
- Mécanique de la rupture ;
- Mécanique des composites ;
- Élaboration des composites à matrices polymères ;
- Loi des mélanges.

Knowledge on the 3 types of materials (metal alloys, polymers and ceramics) and their mechanical properties are required:
- Fracture mechanics
- Mechanical behaviour of composite materials;
- Organic matrix composites developing;
- Rules of mixtures.

Examens

(1*DS1+1*CC1)/2

CC1 : Contrôle Continu 1

DS1 : Devoir Surveillé 1

Syllabus

1. C. GENEAU-SBARTAÏ, (2006) Procédé d'élaboration d'agromatériau composite naturel par extrusion bivis et injection moulage de tourteau de tournesol (Manufacturing process of agromaterial natural composite by twin-screw extrusion and injection moulding from sunflower cake), Thèse de l'INP de Toulouse, http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000325/01/geneau.pdf
2. W.D. CALLISTER (2001) Composites Science et génie des matériaux, Chapitre 17, éd. Modulo, pp. 461-496, ISBN 2-89113-687-X.
3. R. PAILLER (2009) Matériaux composites à matrice céramique et carbone/carbone, Science et Technologies céramiques, EDP Sciences, p. 487-528, ISBN 978-2-7598-0428-3.
4. R. NASLAIN (1985) Introduction aux matériaux composites 2 -Matrice métalliques et céramiques, éd. du CNRS et Institut des Matériaux Composites, ISBN 2-905591-01-3.
N. CHAWLA, K. CHAWLA (2013) Metal matrix composites, éd. Springer, ISBN 978-1-46149547-5
1. C. GENEAU-SBARTAÏ, (2006) Procédé d'élaboration d'agromatériau composite naturel par extrusion bivis et injection moulage de tourteau de tournesol (Manufacturing process of agromaterial natural composite by twin-screw extrusion and injection moulding from sunflower cake), Thèse de l'INP de Toulouse, http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000325/01/geneau.pdf
2. W.D. CALLISTER (2001) Composites Science et génie des matériaux, Chapitre 17, éd. Modulo, pp. 461-496, ISBN 2-89113-687-X.
3. R. PAILLER (2009) Matériaux composites à matrice céramique et carbone/carbone, Science et Technologies céramiques, EDP Sciences, p. 487-528, ISBN 978-2-7598-0428-3.
4. R. NASLAIN (1985) Introduction aux matériaux composites 2 - Matrice métalliques et céramiques, éd. du CNRS et Institut des Matériaux Composites, ISBN 2-905591-01-3.
5. N. CHAWLA, K. CHAWLA (2013) Metal matrix composites, éd. Springer, ISBN 978-1-46149547-5.