Nature de filaments

Les propriétés mécaniques, physiques et chimiques ainsi que la proportion, la disposition HWO¶LQWHUDFWLRQ des fibres utilisées comme renfort au sein du composite, ont une influence considérable sur le comportement mécanique du TRC. Le PRGXOHG¶<RXQJGHVILODPHQWVDLQVLTXHOHVFRQGLWLRQVG¶DGKpUHQFHWH[WLOH-matrice GRLYHQW rWUH VXIILVDPPHQW pOHYpV DILQ GH FRQWU{OHU O¶RXYHUWXUH GHV ILVVXUHV GX composite textile-mortier et contribuer à la rigidité du composite. Aussi, afin G¶DVVXUHUODGXUDELOLWpGX75&ODQDWXUHGHVILEUHVXWLOLVpHVGRLWrWUHFKLPLTXHPHQW compatible avec le mortier (sensibilité limitée jO¶DOFDOLUpDFWLRQ et la corrosion).

Les fibres doivent montrer une relaxation limitée sous chargement constant. Elles GRLYHQWDXVVLrWUHFRPSDWLEOHVDYHFOHVPDFKLQHVGHPLVHHQ°XYUHGXWH[WLOH Les fibres en verre AR (alcali résistant), basalte, aramide, carbone et acier inoxydable VHPEOHQWrWUHSDUPLO¶HQVHPEOHGHVQDWXUHVGHILOVGLVSRQLEOHVVur le marché (tableau 8), celles qui a priori et en première approche satisfont au mieux les précédents critères. Le carbone est cependant très onéreux, son utilisation sera limitée à certaines applications particulières justifiant son emploi. Le procédé de fabrication ainsi que les principales caractéristiques de ces fibres sont définis dans le paragraphe suivant.

Aussi, selon les types de textiles, certains fils contribuent quasi exclusivement à la stabilité géométrique du textile &HV ILOV GH PDLQWLHQ Q¶D\DQW TX¶XQH IRQFWLRQ PpFDQLTXH VRXYHQW OLPLWpH KRUPLV O¶LQWHUDFWLRQ VWUXFWXUHOOH LOV VRQW VRXYHQW constitués de matériaux peu coûteux tels que le polypropylène ou le polyester.

Tableau 8 : Classification des fibres (les plus utilisées) selon leur nature chimique

Organiques Inorganiques Naturelles synthétiques Naturelles synthétiques Métalliques

Cellulose Chanvre Coton Lin

Acryliques Aramide Polyamides Polyesters Polypropylène Polyuréthane

Amiante*

Basalte

Bore Carbone Carbure de silicium Verre

Aciers Aciers inoxydables

O¶DPLDQWH HVW WUqV UpJOHPHQWp FDU LO SUpVHQWH GH IRUWs risques sanitaires (cause de pathologies mortelles)

Tableau 9 : Caractéristiques techniques des fils (Valeurs indicatives)

Nature de fibre

Résistance (MPa) Module G¶<RXQJ (GPa) Allongement à rupture (%) Coefficient de poisson Coefficient de dilatation thermique (°C-1 ) Densité (Kg/dm3 ) Diamètre mini - maxi ȝP

Verre-E 1100-1550 72-73 1.8 0.22 5x10^-6 2.6 5-24 Verre-AR 1100-1700 74-76 1.8 0.25 7.9x10^-6 2.7 9 - 27

Basalte 1800 85 2.1 0.25 7x10^-6 3 9 - 13 Para-

aramide (N) 3000 60 5 0.35 -2x10^-6 1.4 10 -15 Para-

aramide à élasticité élevée (HM)

3000 130 2.3 0.35 -2x10^-6 1.4 10 -15

Carbone haute résistance

(HT)

3000-5000 200-250 1.8 0.3 0.2x10^-6 1.8 5 - 8

Carbone à élasticité élevée (HM)

2000-4500 350-450 0.8 0.35 0.8x10^-6 1.8 5 - 8

Figure 12 : Loi de comportement contrainte-déformation GHV ILOV VXVFHSWLEOHV G¶rWUH utilisés dans les TRC (à caractère indicatif)

I.3.1.1 V

-E

-AR

La fibre de verre est obtenue en mélangeaQWGHODVLOLFHGHO¶DUJLOHHWGXFDOFDLUHj plus de 1350°C. Le verre en fusion se transforme en filament en étant étiré à grande vitesse (entre 25 et 150 m/s). Les filaments sont ensuite agglomérés par ensimage afin de former un fil. /¶HQVLPDJH protège les fibres de l'abrasion et du développement excessif de cristaux agressifs à leur surface. Le verre alcali- résistant (verre-AR) contient une masse de zirconium supérieure à 15 % afin G¶DVVXUHUVDVWDELOLWpHQPLOLHXDOFDOLQDORUVTXHOHYHUUH(Q¶HQFRQWLHQWSDV.

I.3.1.2 B

Le basalte est une roche volcanique issue d'un magma refroidi rapidement au contact de l'eau ou de l'air. C'est le constituant principal de la couche supérieure de la croûte océanique. Le basalte a une structure microlithique, il est composé essentiellement de plagioclases (50 %), de pyroxènes (25 à 40 %), d'olivine (10 à 25 %), et de 2 à 3 % de magnétite. La fabrication de la fibre de basalte exige la fonte de roche extraite de basalte à environ 1 400°C. La roche fondue est alors extrudée pour produire les filaments continus de fibre de basalte.

Les fibres de basalte possèdent de meilleures propriétés mécaniques que les fibres de verre et résistent au feu à une température d'utilisation élevée (820 °C), comme les fibres de silice, de céramique ou de carbone, tout en étant beaucoup moins coûteuses (3 à 4 fois moins chères que les fibres de silice). Le basalte présente ainsi des atouts intéressants vis-à-vis du domaine de la construction.

/HVILEUHVGHEDVDOWHSRVVqGHQWpJDOHPHQWXQHERQQHPRXLOODELOLWpHWQ¶DEVRUEHQW SDVO¶KXPLGLWp&HWWHFDUDFWpULVWLTXHHVWWUqVLPSRUWDQWHFDr elle facilite la mise en

°XYUHGXWH[WLOHDXVHLQGXPRUWLHUOLPLWDQWO¶DEVRUSWLRQG¶HDXGXPRUWLHU/DILEUH de basalte présente une très bonne résistance aux produits chimiques (acides forts, bases, solvants), une très bonne résistance à la corrosion et aux rayonnements UV.

&HSHQGDQW OH EDVDOWH HVW LQVWDEOH DX PLOLHX DOFDOLQ 6L FHV ILEUHV V¶DYqUHQW LQWpUHVVDQWHVLOVHUDDORUVQpFHVVDLUHG¶HQYLVDJHUXQWUDLWHPHQWVSpFLILTXHDILQGH

SRXYRLU OHV XWLOLVHU DX VHLQ G¶XQ UHQIRUW WH[WLOH GDQVOHV FRPSRVLWHs TRC, ou les utiliser avec une matrice au PH neutre. Enfin, ce matériau est inerte, non toxique et non cancérigène.

I.3.1.3 A

/¶DUDPLGH (ou le para-phenyleneterephtalamide, PPD-T) est obtenu par réaction entre le paraphénylénediamine et le chlorure de terephtalyle dans un solvant organique. Le polymère obtenu est dissous dans de l'acide sulfurique. À ce stade, le polymère est partiellement orienté dans une forme de cristaux liquides. Ce polymère est extrudé dans une filière et filé. Les filaments sont refroidis par jet d'air puis lavés, séchés et bobinés. Les fibres de para-aramide (couleurs dorées) sont nettement plus tenaces (résistance à la rupture voisine de 3 GPa) et rigides (le module d'élasticité peut dépasser 100 GPa) que les fibres de méta-aramide (couleur blanchâtre). Le para-aramide se décline sous 3 formes : normales (N), à haute UpVLVWDQFH+7HWjPRGXOHG¶<RXQJpOHYp+0

3DUUDSSRUWDX[ILEUHVGHFDUERQHHWGHYHUUHOHVILEUHVG¶DUDPLGH et para-aramide possèdent une densité plus faible et une résistance au cisaillement et aux impacts plus élevée. Cependant, le coefficient de dilatation négatif associé aux fibres G¶DUDPLGHFRQVWLWXHunHOLPLWHQRQQpJOLJHDEOHGDQVODSHUVSHFWLYHGHO¶HPSORLGH cette fibre dans le cadre des TRC (surcontrainteV SRWHQWLHOOHV j O¶LQWHUIDFH ILEUH- mortier lors de différentiels de température importants). Un second désavantage de O¶DUDPLGHSRXrrait être sa sensibilité au milieu alcalin, cependant de nouvelle fibres telles que les Technora® présentent un meilleur comportement en milieu alcalin [DEROMBISE_09] tout en conservant G¶H[FHOOHQWHVFDUDFWpULVWLTXHVPpFDQLTXHV XQHUpVLVWDQFHGH03DHWXQPRGXOHG¶<RXQJGH*3D

I.3.1.4 C

La fibre de carbone est actuellement O¶XQH GHV ILEUHV SUpVHQWDQW OHV Peilleures performances mécaniques (résistance, rigidité) rapportées à sa masse volumique.

La technique plus couramment utilisée pour la fabrication de la fibre de carbone est l'oxydation et la pyrolyse de polyacrylonitrile (PAN), un polymère utilisé dans la fabrication de nombreux matériaux synthétiques. Comme tous les polymères, les molécules de polyacrylonitrile sont de longues chaînes qui sont assemblées afin de SURGXLUH XQH ILEUH /¶R[\GDWLRQ D SRXU IRQFWLRQ HVVHQWLHOOH GH IDLUH SDVVHU OD PpVRSKDVHG¶XQ état thermoplastique à un état infusible afin de pouvoir procéder à OD FDUERQLVDWLRQ &HWWH RSpUDWLRQ HVW HIIHFWXpH HQ SUpVHQFH G¶R[\JqQH j GHV températures de 150 à 250°C. La carbonisation détermine les propriétés de la fibre de carbone. Elle est réaliséHVRXVJD]LQHUWHMXVTX¶jGHVWHPSpUDWXUHVGHO¶RUGUHGH 1500°C pour obtenir de la fibre de carbone brute (fibre haute résistance). Cette FDUERQLVDWLRQSHXWrWUHVXLYLHG¶XQHJUDSKLWLVDWLRQDX-delà de 2000°C pour obtenir des modules de traction plus élevéVILEUHVjKDXWPRGXOHG¶pODVWLFLWp/RUVTXHOD température de carbonisation ou de graphitisation croît, le module de traction des fibres augmente. Le carbone présente comme avantage considérable dans le GRPDLQHGHODFRQVWUXFWLRQG¶rWUHWUqVSHXVHQVLEOe au fluage, à la dilatation, aux rayons X et aux solvants acides, alcalins et organiques.

Cependant, en plus du prix élevé des fils de carbone, ces derniers VRQWG¶H[FHOOHQWV conducteurs électriques, ainsi les machines de tricotage ou de tissage du carbone doivent être isolées, ce qui est de nature à augmenter le coût de production.

I.3.1.5 A

Ce sont des aciers, alliages de fer et de carbone, auxquels on ajoute essentiellement le chrome qui, au-delà de 10,5 % en solution dans la matrice, produit la résistance souhaitée à l'oxydation. D'autres éléments peuvent être ajoutés, notamment le nickel qui améliore les propriétés mécaniques en général et la ductilité en SDUWLFXOLHU'LIIpUHQWVW\SHVG¶DFLHULQR[\GDEOHH[LVWHQWPartensitiques, ferritiques austénitiques) associés à des propriétés mécaniques variables.

'HV ILEUHV G¶DFLHU LQR[\GDEOH SHXYHQW rWUH REWHQXV j SDUWLU GH EDUUHV GDFLHU inoxydable d'un diamètre compris entre 6 et 10 mm laminées et étirées à chaud pour obtenir un filament d'environ 1 mm de diamètre. Plusieurs centaines voire plusieurs milliers de ces filaments sont ensuite regroupés puis mis en tube (en acier doux ou en cuivre). De la même façon que précédemment, le tube est ensuite étiré MXVTX¶jDWWHLQGUHOHGLDPqWUHGHVILEUHVVRXKDLWpes. Le tube est ensuite dissous dans XQ EDLQ G¶DFLGH OLEpUDQW DLQVL OHV ILODPHQWV G¶DFLHU LQR[\GDEOH TXL VRQW HQVXLWH rincés et séchés.

/¶DFLHU LQR[\GDEOH SUpVHQWH O¶DYDQWDJH SDU UDSSRUW DX[ QDWXUHV GH ILODPHQWV SUpFpGHPPHQWFLWpV G¶H[KLEHUXQFRPSRUWHPHQW ductile. De plus, il présente une bonne durabilité dans le mortier. Enfin, il offre une excellente mouillabilité et SRXUUDLWV¶DVVRFLHUDYDQWDJHXVHPHQWjXQHPDWULFHFLPHQWDLUH

6L O¶DERQGDQFH GHV ILEUHV WH[WLOHV DX[ SURSULpWpV LQWpUHVVDQWHV HVW XQ DWRXW LQFRQWHVWDEOH GDQV O¶RSWLTXH GH OD YDORULVDWLRQ GHV FRPSRVLWHV 75& GDQV OH GRPDLQH VWUXFWXUHOOH LO Q¶HQ HVW SDV PRLQV FRQGLWLRQQp DX PRLQV GH PDQLqUH SDUWLHOOHSDUO¶HIILFDFLWpGHVWHFKQRORJLHVGHPLVHHQ°XYUHGHVWH[WLOHV