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Collage structural et matériaux composites

Depuis plusieurs années, l’usage du collage structural et des matériaux composites se développe dans le domaine du génie civil que ce soit pour du renforcement de structures existantes (renforcements collés, utilisation de connecteurs collés, …) ou la réalisation de nouvelles structures. Il reste toutefois des verrous à lever concernant les approches de dimensionnement, et la durabilité mécanique, environnementale ou couplée.

Quelques projets

Recytiplast : projet interdisciplinaire de ville durable avec le Sénégal

Si le recyclage des déchets plastiques au Sénégal répond à une nécessité environnementale qui impose, en premier lieu, la mise au point de nouvelles technologies, il peut également s’inscrire dans une démarche économique et sociale. C’est le pari du projet Recytiplast, initié en 2020 et soutenu par l’I-SITE FUTURE en tant que projet « Impulsion ». Fruit d’un partenariat franco-sénégalais, Recytiplast vise à étudier la faisabilité technique et sociale de la valorisation des déchets plastiques afin d’améliorer le bâti dans les zones rurales. Concrètement, il s’agit d’organiser la transformation de résidus, nocifs pour l’environnement ou la santé, en matériaux innovants, utiles et rentables. « La spécificité de Recytiplast est de mobiliser à la fois les sciences des matériaux, les sciences humaines et sociales, et des acteurs locaux. Une interdisciplinarité aussi grande est rare dans un projet de recherche » constate Laetitia Van Schoors, du laboratoire CPDM, qui pilote le projet avec Lamine Dieng, du laboratoire SMC. Les deux chercheurs collaborent notamment avec l’IMT Nord Europe, l’Université du Mans et l’ONG le Gret ainsi qu’avec des partenaires sénégalais tels que l’Université Cheikh-Anta-Diop de Dakar (UCAD), des communautés rurales, des mairies…

Première étape de Recityplast : déterminer, par des enquêtes de terrain réalisées au cours de l’année 2021 auprès des populations et des collectivités locales, le type de déchets plastiques dont les caractéristiques physico chimiques et la disponibilité correspondraient aux besoins identifiés (en l’occurrence, la couverture ou l’isolation des habitats). Deuxième étape : élaborer les procédés de fabrication de composites à base de plastique et de sable, puis évaluer les performances mécaniques de ceux-ci en termes de solidité et de résistance aux rayonnements UV.

La validation de ces tests, effectués sur le campus de Marne-La-Vallée, permettra d’engager la troisième étape du projet : la fabrication de pièces à taille réelle, puis leur mise en place. Cet objectif pratique s’accompagne d’un transfert des connaissances afin que les acteurs locaux puissent se les approprier et en prolonger le développement. Pour soutenir cette démarche, la conception et la fabrication d’une machine dédiée à la production sur sitedes matériaux recyclés est à l’étude.

(Contact local : Lamine DIENG - lamine.dieng(at)univ-eiffel.fr)

Projet SBO

Les contraintes environnementales du milieu marin entraînent plusieurs types d'endommagement des structures métalliques, principalement la corrosion et la fatigue. La nécessité de pouvoir prévenir, réparer et contrôler ces endommagements a vu se développer plusieurs techniques. La plus commune, consistant à découper les parties endommagées et à les remplacer en soudant de nouvelles pièces, est inadaptée si la zone est considérée comme « à risque » vis-à-vis des incendies. L'exemple de navires pétroliers ou gaziers dont l'utilisation de poste a souder nécessite d'inerter de grandes surfaces met en évidence la nécessité de trouver de nouveaux moyens « froid » pour réparer les zones corrodées ou fissurées. De plus en plus de solutions de renforcement ou de réparation de structures métalliques offshore à base de matériaux collés sont proposés aux armateurs. Ceci implique de pouvoir évaluer, caractériser et dimensionner les capacités des assemblages utilisés sous différents modes de sollicitation.

Dans ce cadre, le laboratoire SMC en collaboration avec le laboratoire SII a accueilli un travail de thèse sur le sujet de l’évaluation de stratégies de dimensionnement de renforcements composites collés sur structures métalliques offshores (thèse Q. Sourisseau) puis un contrat post-doctoral. Les travaux ont visé à développer une méthodologie d’évaluation reposant sur la mécanique de la rupture (mode I, II et mixte) à l’aide d’une instrumentation par fibre optique. Le projet est piloté par Bureau Veritas et réalisé en collaboration avec TOTAL, Petrobras, Naval Group, Siemens, ColdPad, et Infracore.

(Contact local : Emilie LEPRETRE - emilie.lepretre(at)univ-eiffel.fr )

Comportement en fluage des assemblages collés

COLD PAD est une société spécialisée dans le collage structural fiabilisé. Elle a mis au point plusieurs produits industriels commercialisés dans l’industrie pétrolière dont C-Claw : une platine collée, mise en œuvre industriellement à l’aide d’un outil électroportatif afin de fixer des chemins de câbles, des supports de tuyauterie, des patins, des mains courantes, des échelles, des équipements électriques... Ces équipements doivent tenir en service sous des chargements de fluage.

Après des travaux préliminaires visant à caractériser pour une géométrie donnée le comportement mécanique des connecteurs collés, un travail de thèse a été réalisé afin d’appréhender le fluage de connecteurs assemblés par collage structural quel que soit le type de sollicitations et en prenant en compte l’effet de l’environnement sur celui-ci (Durabilité de connecteurs collés soumis à des sollicitations de fluage pour des applications sur sous-marins). Dans le cas des connecteurs C-Claw étudiés, l’étanchéité étant assurée, l’effet de l’environnement étudié sera celui de la température. Ce travail a été effectué en collaboration avec l’entreprise ColdPad et l’ENSTA (R. Creach’cadec) et co financé par ColdPad et la DGA. Il a permis de développer de nouveaux dispositifs d’essais de fluage sur joint collé.

(Contact local : Sylvain CHATAIGNER - sylvain.chataigner(at)univ-eiffel.fr)

Projet FASSTBRIDGE

FASSTBRIDGE est un projet de 24 mois financé dans le cadre du programme Européen ERA-NET Plus Infravation. Il s’est déroulé entre 2015 et 2019 et a intégré la participation de huit partenaires : un laboratoire de recherche Espagnol Tecnalia coordinateur du projet, un bureau d’étude Allemand LAP et un autre Américain Altavista, un groupe de BTP Espagnol Dragados, une petite entreprise Italienne formulatrice de polymères Collanti, un gestionnaire d’ouvrage Espagnol, la Communauté de communes de Madrid, et deux laboratoires de recherche publics : l’université de Stuttgart (MPA) et l’IFSTTAR (laboratoires CPDM, EMMS, Navier, SDOA et SMC).

Le projet a permis de développer, évaluer, et mettre en œuvre une solution préventive de renforcement des ouvrages métalliques vis-à-vis de la fatigue. Pour ce faire, une méthodologie complète a été définie (évaluation de la durée de vie résiduelle, dimensionnement du renforcement, instrumentation). Puis, un système de renforcement par composite collé a été proposé (développement d’un adhésif, évaluation en laboratoire, préconisations de mise en œuvre) ainsi que différentes méthodes d’évaluation de la solution (évaluation économique et environnementale du renforcement). L’’ensemble de ces outils a été appliqué sur un ouvrage réel de la communauté de communes de Madrid. Ceci a permis de vérifier la pertinence des outils développés, de la méthode de renforcement proposée et de sa faisabilité. 

(Contact local : Sylvain CHATAIGNER - sylvain.chataigner(at)univ-eiffel.fr)