Optimisation et valorisation des matériaux composites
- Composite
Optimisation et valorisation des matériaux par le recyclage mécanique des composites à matrice thermoplastique et renforts de carbone.
Mots-clefs : Broyage mécanique, Composite thermoplastique, Recyclage, Optimisation, IA, Fibres discontinues
Cette thèse est actuellement menée par Fabien Simonneau, Ingénieur R&D composites.
Les composites thermoplastiques à fibres de carbone sont des matériaux de très hautes performances utilisés dans des domaines d’excellence (tels que l’aéronautique ou le spatial). Le recyclage de ces matériaux est un domaine encore nouveau industriellement, qui a besoin d’améliorations pour être viable. Le recyclage mécanique étudiée dans cette thèse se décompose en plusieurs étapes :
- Récupération de matériaux en fin de vie (rebuts, pièces d’essais, pièces en fin d’utilisation, etc.) qui aujourd’hui sont généralement enfouis ou incinérés.
Broyage des pièces afin d’obtenir des morceaux homogènes de plus petite taille. Cette partie représente le cœur du sujet de thèse de part sa difficulté et le manque de données dans l’industrie.
- Retransformation du broyat par des procédés sous presse (thermocompression ou thermo-estampage). Les pièces fabriquées seront soit des pièces de caractérisation permettant de récolter davantage d'informations sur le broyat et ses performances, soit des pièces à géométries plus complexes afin d'améliorer les procédés de retransformation du broyat.
L’enjeu de cette thèse
L’enjeu principal de cette thèse est de développer et d’optimiser les voies de recyclage des matériaux composites thermoplastiques, dont la fin de vie a aujourd’hui un impact écologique fortement néfaste (enfouissement ou incinération). De plus, au-delà de l’enjeu écologique important, il existe un enjeu économique certains à réutiliser ces matériaux hautes performances dont la fabrication a un coût élevé.
Les difficultés techniques de ce sujet résident principalement sur l’utilisation de matériaux composites sous forme de broyat grossier. En effet, les procédés classiques de mise en œuvre des composites sont adaptés à l’utilisation de fibres très longues (de quelques dizaines de centimètres à plusieurs mètres). Par ailleurs, des procédés de recyclage mécaniques existent mais ils visent à réduire le matériau recyclé sous forme
de poudre pour le réincorporer dans des matériaux neufs (ces techniques sont intéressantes mais donnent des performances moindres au matériau final). Ici l’objectif du projet est de réutiliser le matériau sous la forme de fibres semi-longues (quelques centimètres). Cela permettrait d’une part de réduire les coûts (économiques et écologiques) de l’étape de broyage, et d’autre part d’obtenir des performances mécaniques intéressantes (grâce à la longueur de fibres utilisées). Cependant, les procédés de transformation de ces fibres semi-longues sont assez nouveau et nécessitent donc d’être optimisés.
La thèse se démarquera aussi par son approche multidisciplinaire, en effet, on combinera des méthodes expérimentales avec des techniques de modélisation avancées (telles que l’implémentation d’un modèle neuronal). Cette démarche permettra de prédire avec précision la relation entre les paramètres du procédé et les caractéristiques du broyat et des pièces obtenus.
Ainsi, les connaissances et les outils développés permettront d'optimiser la conception de pièces secondaires fabriquées à partir du broyat recyclé. Ce projet ambitieux permettra alors de franchir une étape supplémentaire : l'industrialisation de pièces issues du procédé de recyclage innovant développé.