Technologies textiles

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

résistance du composite perpendiculairement à son plan, et le rend dès lors très sensible au délaminage. &¶HVWSULQFLSDOHPHQWSRXUpYLWHUFHPRGHGHUXSWXUHTXH des textiles tridimensionnels ont été mis au point. En effet, les préformes tridimensionnelles permettent d'assurer un transfert de charge selon les 3 directions de l'espace. 'HSOXVLOVSHUPHWWHQWGHJDJQHUGXWHPSVORUVGHODPLVHHQ°XYUHGX composite en positionnant un pli unique de textile. Enfin, les textiles tridimensionnels permettent d¶DVVXUHU un positionnement plus précis des fils dans O¶pSDLVVHXUGXFRPSRVLWH

Les principales technologies de textile utilisées comme armature dans les composites textile-mortier sont le canevas, le tricotage à maille jetée, le tricotage à maille jetée en 3 dimensions ainsi que le tissage.

Figure 13 3ULQFLSDOHVWHFKQRORJLHVGHPLVHHQ°XYUHGHUHQIRUWs textiles

I.3.2.1 T

Le tricot est constitué de boucles, appelées mailles, passées l'une dans l'autre. Les mailles actives sont tenues sur des aiguilles jusqu'à ce qu'elles puissent être bloquées par le passage d'une nouvelle maille à travers elles. Contrairement au WULFRWDJHHQWUDPHTXLFRQVLVWHjWULFRWHUXQWH[WLOHjSDUWLUG¶un seul fil, les mailles du tricotage à maille jetée sont produites par des aiguilles alimentées individuellement par un fil distinct dans le sens longitudinal du tricot et par l'extension de l'entrelacement chaînette sur les aiguilles voisines au moyen de fils voisins. L'entrelacement se fait dans la direction des colonnes de mailles, reliées entre elles pour donner naissance au tricot. L'aiguille et le fil agissent dans 2 directions parallèles ou adjacentes, le fil sera "jeté" sur l'aiguille en entrelaçant les

mailles successivement pour obtenir des colonnes de mailles entrelacées entre elles, et complètement indémaillables.

De cette manière, FRPPH LO HVW SRVVLEOH G¶HQ MXJHU j WUDYHUV OD ILJXUH14, le tricotage ne semble pas permettre la production de textiles destinés à reprendre des efforts importants. Pourtant de tels textiles peuvent êtres réalisés en assemblant des couches de fils unidirectionnels à travers des mèches tricotées. Ainsi, comme cela est décrit dans les paragraphes I.3.2.1.a, I.3.2.1.b, et I.3.2.1.c, le tricotage est réalisé par des fils de très faible diamètre, nommés chaînettes, Q¶D\DQWDXFXQU{OHGDQVOD résistance du textile en tant que renfort, mais uniquement destinés à assurer la stabilité géométrique des fils de gros diamètre permettant la reprise des efforts.

a) Tricoté en sens trame b) Tricoté en sens chaîne

Figure 14 7\SHV GH WH[WLOHV WULFRWpV j SDUWLU G¶XQ VHXO ILO FRXUDQW [FALCONNET_02]

I.3.2.1.a Canevas

Les canevas sont des textiles produits en PDLQWHQDQW SDU O¶LQWHUPpGLDLUH G¶XQ tricotage (fil de chaînette), une superposition de couches de fils de section importante parallèOHVOHVXQHVDX[DXWUHVILOVGHUHSULVHG¶HIIRUWVHORQRXSOXV de 3 directions (respectivement nommées canevas unidirectionnel, bidirectionnel et multidirectionnel) assurant la reprise des efforts. Les différentes couches de fils de UHSULVHG¶HIIRUWV sont maintenues par un tricot en maille jetée dont les mailles sont LQGpSHQGDQWHVGHFHOOHVGHVILOVGHUHSULVHG¶HIIRUWV/HVILOVGHFKDvQHWWHVRQWDLQVL susceptibles GH WUDQVSHUFHU DOpDWRLUHPHQW OHV ILOV GH UHSULVH G¶HIIRUWV GH SOXV j OHXUVO¶LQWHUVHFWLRQVOes fils de UHSULVHG¶HIIRUWVGH directions différentes ne sont pas forcément liés par les fils de chaînettes.

Les canevas multiaxiaux offrent un champ G¶DSSOLFDtion important. (Q HIIHW O¶LQGpSHQGDQFH entre les mailles de fils de chaînette et de reprise G¶HIIRUWVlaisse une liberté totale sur le choix de O¶DQJOH HQWUH OHV GLIIpUHQWHV FRXFKHV GH ILOV SDUDOOqOHVGHO¶HVSDFHPHQWHQWUHOHVILOVGHFKDTXH couche. En revanche, elle est susceptible G¶HQGRPPDJHUVLJQLILFDWLYHPHQWOHVILOVGHUHSULVH G¶HIIRUWV &¶HVW SHXW rWUH OD UDLVRQ SRXU ODTXHOOH SHXG¶DXWHXUVRQWUHWHQXFHW\SHGHWH[WLOHSRXUOH renforcement de TRC [KEIL_07], [BRÜCKNER_06]

Figure 15 6FKpPD G¶XQ canevas

a) +45°/ 90°/ -45°/ 0° b) 0°/ 90°/ +45°/ -45°

(ITP, TU Dresden) c) +45°/ -45°/0°

[BRÜCKNER_06] Figure 16 : Exemple de canevas à structure ouverte

I.3.2.1.b Tricot à maille jetée

Le tricot à maille jetée est assez proche du canevas, cependant, les fils de reprise G¶HIIRUWVRQW SULV jO¶LQWpULHXU GHV ERXFOHV GHV ILOV GH FKDvQHWWHVSXLV VHUUpV GDQV celles-ci. De ce fait, contrairement au canevas, le schéma de maillage des fils de FKDvQHWWH HVW GpSHQGDQW GH FHOXL GHV ILOV GH UHSULVH G¶HIIRUW /HV WULFRWV j PDLOOH jetée offrent ainsi moins de liberté de conception que les canevas. Pour autant, leur SURFpGpGHPLVHHQ°XYUHOLPLWHVLJQLILFDWLYHPHQWO¶HQGRPPDJHPHQWGHV fils de UHSULVHG¶HIIRUW/DVWDELOLWpJpRPpWULTXHGXWULFRWjPDLOOHMHWpHGpSHQGGHODWDLOOH des mailles ainsi que du schéma, de la taille et de la tension des boucles de chaînettes.

Différents types de tricots à maille jetée existent. Le plus simple consiste à maintenir une couche de fils parallèles les uns aux autres par le tricot à maille jetée selon la direction de production du textile (fils de chaîne) produisant ainsi un textile unidirectionnel « tricot tramé » (weft insertion knit fabric, figure 17-a). Afin de réaliser un textile bidirectionnel (grille à maille jetée, figure 17-c) une seconde couche de fils parallèles peut être ajoutée perpendiculairement à la première (fils de trame). Cette dernière configuration est dans la littérature, la technologie de textile la plus utilisée comme armature de renfort des TRC [PELED_98],[DILTHEY_06], [PELED_08], [HEGGER_08].

&HSHQGDQWG¶DXWUHVW\SHVGHWULFRWVjPDLOOHMHWpHSOXVFRPSOH[HVVRQWSRVVLEOHV comme par exemple le « tricot à trame courte » (short weft knit fabric, figure 17-b, [PELED_02])

a) tricot tramé (weft insertion knit fabric) [PELED_02]

b) tricot à trame courte (short weft knit fabric ) [PELED_02]

c) Grille à maille jetée (schéma et photo)

Figure 17 : Illustration de différents types de tricots à maille jetée

I.3.2.1.c Grille à maille jetée à 3 dimensions

Avec 2 EDUUHV j WULFRWHU G¶XQH PDFKLQH 5DVFKHO2 grilles à maille jetée liées pDUDOOqOHPHQWO¶XQe jO¶DXWUHVHORQXQHVSDFHPHQWSUpGpILQLSHXYHQWrWUHSURGXLWs simultanément. Ces grilles sont liées par des fils de faible section mais possédant une rigidité importante à la flexion, ce qui permet G¶DVVXUHUO¶HVSDFHVRXKDLWpHQWUH les grilles. Les textiles destinés au renforcement des TRC sont généralement espacés de 15 à 100 PP &H WH[WLOH j GLPHQVLRQV SHUPHW DLQVL G¶DVVurer le positionnement des 2 grilles tricotées à maille jetée à proximité des 2 surfaces extérieures du composite. L¶HVSDFHPHQWHQWUHOHV2 grilles peut être modifié au sein G¶XQPrPHWH[WLOH. De plus, ces 2 WH[WLOHVpWDQWWULFRWpVLQGpSHQGDPPHQWO¶XQGH O¶DXWUH LO HVW SRVVLEOH G¶DYRLU XQ VFKpPD GH PDLOOH GLIIpUHQW HW GHV ILOV GH configurations différentes.

Le principal inconvénient des textiles tricotés à maille jetée en 3 dimensions est TX¶LOVVHPEOHQW uniquement adaptés à la production de composites TRC mise en

°XYUH SDU LQMHFWLRQ matrice de consistance fluide). 8QH PLV HQ °XYUH SDU projection pourrait aussi être envisagée pour ce type de textile à condition que la matrice utilisée permette une imprégnation correcte du renfort textile. Aussi, ces WH[WLOHVQHVRQWSDVFRPSDWLEOHVDYHFFHUWDLQHVWHFKQRORJLHVSHUPHWWDQWG¶DPpOLRUHU O¶LPSUpJQDWLRQ GHV ILOV HW G¶DXJPHQWHr le taux volumique maximal du renfort WH[WLOH DGPLVVLEOH SDU OD PDWULFH WHO TXH OH SDVVDJH G¶XQ URXOHDX G¶pEXOOHXU (moulage au contact) ainsi que le compactage (imprégnation mécanique).

Figure 18 : Illustration de grilles à maille jetée à 3 dimensions (ITA, RWTH Aachen University)

I.3.2.2 T

Un tissu est un textile fabriqué par entremêlement bi-directionnels (généralement de manière orthogonale) des rangées de fils : une direction de chaîne et une direction de trame. Les fils sont ainsi liés par tissage, c'est-à-dire par passage des fils de trame au-dessus et au-dessous des fils de chaîne suivant des séquences préétablies. Il existe différentes façons G¶HQWUHPrOHUOHVILOVFRQGXLVDQWDLQVLjXQ schéma de maillage du tissu différent. Ce schéma influence les caractéristiques du tissu. Il existe 3 schémas caractéristiques de maillage du tissu : taffetas, serge et satin.

'DQV OH FDV GHV WDIIHWDV OHV ILOV GH WUDPH HW GH FKDvQH V¶HQWUHPrOHQW j FKDTXH intersection. Pour les sergés, le fLO GH FKDvQH V¶HQWUHPrOH DYHF XQH VpULH G¶XQ nombre de fil de trame constant. Ainsi, des sillons obliques traversant toute la ODUJHXUGHO¶pWRIIHDSSDUDLVVHQW(QILQSRXUOHVVDWLQVOHILOGHFKDvQHV¶HQWUHPrOH avec un seul fil de trame puis passe ensuite un nombre de fil de trame constant DYDQWGHV¶HQWUHPrOHUGHQRXYHDXDYHFXQXQLTXHILOGHWUDPH

a) taffetas ou toile b) serge c) satin Figure 19 : Différent schémas de maillage du tissu

Le taffetas est le tissu qui présente la meilleure stabilité géométrique. Cependant, DILQG¶DPpOLRUHUO¶LPSUpJQDWLRQGHVILOVHWGHGLPLQXHUOHVULVTXHVGHUXSWXUHSDU délaminage, les textiles de renforcement des TRC doivent être aérés (un espace minimal dépendant de la nature et potentiellement de la consistance de la matrice doit être prévu entre les fils). Cet espace compromet significativement la stabilité géométrique du tissu. Ainsi, pour assurer cette stabilité, la toile peut être collée après avoir été tissée (cf. §.I.3.2.4&¶HVWSHXW-être à cause de cette faible stabilité géométrique, ou aussi à cause des surcontrainteVTXHO¶HQWUHPrOHPHQWGHVILOVSHXW engendrer (susceptible G¶rWUH FULWLque dans le cas de fils de faible résistance WUDQVYHUVHFRPPHOHYHUUHTXHSHXG¶DXWHXUVRQWUHWHQXFHSURFpGpGDQVOHFDGUH des TRC [MOBASHER_05], [PELED_06].

I.3.2.3 T

Les textiles tressés sont fabriqués par un entrelacement mutuel de fils sous une forme tubulaire. Ils sont fabriqués à partir d'au moins 2 types de mèche qui parcourent chacune une trajectoire qui n'est pas forcement droite, tout en créant une direction privilégiée en renfort. Le tressage est réalisé par entrelacement des différentes mèches entre elles. Il s'effectue par un simple moyen technique de

changement de position des porteurs de bobines de chaque type de mèche. Les tressés ont une large flexibilité en conception géométrique dont quelques variantes sont présentées en figure 20. En revanche, le processus de fabrication est relativement lent.

Figure 20 : Quelques types de tressés 2D [EL HAGE_06]

Les tressés triaxiaux sont plus utilisés que les bi-axiaux. Ils sont constitués par 3 directions de mèche dont une unidirectionnelle dirigée en sens chaîne ou en sens trame et les 2 autres s'entrelacent sur les unidirectionnels selon 2 directions principalement symétriques, inclinées par rapport aux directions principales du plan. Les 3 mèches, forment une architecture hexagonale.

Par rapport aux préformes textiles tricotées et aux textiles à base de tissu, les tressés sont peu fabriqués. En termes de performances, ils ont une bonne tenue sous chargement en traction mais pas en compression. Il semblerait que ce type de WH[WLOHQ¶DLWMDPDLVpWpXWLOLVpHQWDQWTXHUHQIRUWGH75&(QUHYDQFKHLOSHXWrWUH intéressant de noter que le tressage a été employé pour confiner des poutres réalisées en TRC [PROMIS_10]. Un textile est directement tressé autour de la poutre, puis est imprégné et collé à cette dernière par une résine époxydique).

I.3.2.4 C

Cette technique consiste à coller, généralement par un liant polymère ou par un SURFpGp WKHUPLTXH OHV ILOV HQWUH HX[ DILQ G¶REWHQLU XQ WH[WLOH JpRPpWULTuement stable. En superposant puis en collant 2 séries de fils parallèles, il est ainsi possible G¶REWHQLUXQWH[WLOHVDQVWULFRWDJHWLVVDJHRXWUHVVDJHILJXUH21).

Cependant tous les textiles précédemment décrits peuvent subir une opération de FROODJH DILQ G¶HQ DPpOLRUHU OD VWDELOLWp JpRPpWULTXH /H SURFpGp GH FROODJH généralement utilisé consiste à préimprégner le textile par une solution polymère afin de lier les filaments et fils entre eux (par une augmentation conséquente de O¶DGKpUHQFHHQWUHILODPHQWVGXHDXSRO\PqUH

Ce procédé semble approprié au TRC, cependant il reste peut utilisé dans la littérature [MOBASHER_05], [PELED_06].

Figure 21 ,OOXVWUDWLRQ G¶XQ WH[WLOH FROOp Q¶ayant préalablement subi ni tricotage, tissage ou tressage (schéma et photo)

/H FKRL[ G¶XQH WHFKQRORJLH WH[WLOH QH SHXW V¶DIIUDQFKLU GH OD FRQVLGpUDWLRQ GH O¶DSSOLFDWLRQYLVpHHWSDUWDQWGHVVSpFLILFLWpVTX¶HOOHLPSRVH

Si le développement de structurHV QHXYHV Q¶HVW SDV H[FOX HW VHPEOH PrPH SURPHWWHXULOQ¶HQGHPHXUHSDVPRLQVKRUVFDGUHGHFHWWHWKqVH(QUHYDQFKHla UpSDUDWLRQG¶pOpPHQWVGHVWUXFWXUHHQEpWRQDUPp FRQVWLWXHOHF°XUGXSUpVHQW document. À cet effet, il est crucial de se pencher sur les différentes techniques de PLVHHQ°XYUHGX75&HWGHV¶LQWHUURJHUVXUOHQLYHDXGHFRPSDWLELOLWpGHFKDFXQH G¶HQWUHHOOHVHQSRLQWDQWOHFDVpFKpDQWOHVOLPLWHVDVVRFLpHV