Offre de thèse
CD - Etude du comportement mécanique d'un composite biosourcé par hybridation de deux fibres naturelles, pour différentes conditions environnementales : analyse physico-chimique, mécanique et modélisation multi-échelle
Date limite de candidature
29-06-2026
Date de début de contrat
01-10-2026
Directeur de thèse
MATADI BOUMBIMBA Rodrigue
Encadrement
Les travaux de thèses seront supervisés conjointement par les deux directeurs de la thèse. Les aspects physico-chimiques et quasi-statiques seront principalement supervisés par Quentin Bourgogne et les aspects procédés d'obtentions et comportement dynamique par Rodrigue Matadi Boumbimba. Des experts extérieurs à la direction de thèses pourront ponctuellement apporter leur aide tout au long du projet.
Type de contrat
école doctorale
équipe
DEPARTEMENT 1 : Mécanique des Matériaux, des Structures et du Vivant (MMSV)contexte
Le sujet de thèse proposé tente de répondre à deux problématiques, l'une liée à la recyclabilité des matériaux composites et l'autre liée à la décarbonation de la production de ces matériaux. Les pièces de type coque telles que les carénages, coques de bateau, ailes d'avions ou encore pales d'éoliennes sont aujourd'hui produites à base de résine thermodurcissables, qui ne sont pas recyclables. Le polymère d'étude sera une résine thermoplastique Elium, donc recyclable, dont les propriétés sont préservées même après plusieurs dizaines de cycles de recyclage. Cette résine thermoplastique, développée par ARKEMA, a vocation à remplacer les résines thermoplastiques traditionnelles et ainsi augmenter le taux de recyclabilité des matériaux composites. Afin de favoriser la décarbonation de la production de ces matériaux, les fibres synthétiques telles que le verre ou le carbone, très énergivores à produire, tendent à laisser place à des renforts naturels. Le renfort d'étude sera un renfort hybride de fibres de lin et de coco, alliant propriétés mécaniques et réduction de l'hydrophilie caractéristique des fibres naturelles.spécialité
Sciences des Matériauxlaboratoire
LEM3 - Laboratoire d Etude des Microstructures et de Mécanique des MatériauxMots clés
Biocomposites, caractérisation thermo-mécanique, vieillissement, modélisation multi-échelle, décarbonation
Détail de l'offre
L'utilisation de composites à matrice polymère ne cesse de croitre dans l'industrie du transport à des fins d'allégement de structure. Résistants et plus légers que les pièces métalliques, l'utilisation de ces matériaux permet la réduction de la consommation d'énergie, quelle que soit sa nature, dans l'industrie du transport. Grâce notamment à leurs renforts synthétiques, de verre ou de carbone, leurs applications touchent désormais les pièces structurelles proches du bloc moteur dans l'industrie automobile ou sur le fuselage des avions.
Afin d'accélérer la décarbonation de la production de matériaux et de l'industrie du transport, des composites thermoplastiques biosourcés sont développés, synthétisés sans pétrole et renforcés de fibres naturelles, moins énergivores à produire et améliorant la recyclabilité globale du matériau, préservant leurs propriétés après plusieurs dizaines de cycles de recyclage.
L'objectif général de cette thèse est d'étudier l'influence des paramètres environnementaux (température, humidité) sur le comportement physico-chimique et mécanique de ces matériaux afin d'améliorer le procédé d'obtention pour limiter ces effets et, le cas échéant, pouvoir prédire l'évolution de ces propriétés en fonction de ces paramètres. L'objectif est ainsi, en plus de la fiabilisation du procédé d'obtention de ces composites de nouvelle génération, de fournir les outils prédictifs nécessaires aux ingénieurs voulant utiliser ces matériaux pour connaitre la résistance exacte de la pièce conçue en fonction de ces paramètres.
Keywords
Biocomposites, Thermo-mechanical characterization, ageing, multi-scale modelling, decarbonization
Subject details
The use of polymer matrix composites is constantly growing in the transportation industry for the purpose of weight reduction. Stronger and lighter than metal parts, these materials allow for a reduction in energy consumption of all kinds in the transportation industry. Thanks in particular to their synthetic, glass or carbon reinforcements, their applications now extend to structural components near the engine block in the automotive industry and on aircraft fuselages. To accelerate the decarbonization of materials production and the transportation industry, bio-based thermoplastic composites are being developed. These composites are synthesized without petroleum and reinforced with natural fibers. They are less energy-intensive to produce and improve the overall recyclability of the material, preserving their properties after dozens of recycling cycles. The overall objective of this thesis is to study the influence of environmental parameters (temperature, humidity) on the physicochemical and mechanical behavior of these materials in order to improve the manufacturing process, limit these effects, and, where applicable, predict how these properties will evolve as a function of these parameters. The goal is thus, in addition to improving the reliability of the manufacturing process for these next-generation composites, to provide engineers wishing to use these materials with the necessary predictive tools to determine the exact strength of the designed part based on these parameters.
Profil du candidat
Les postulants devront être titulaires d'un M2 Recherche ou d'un diplôme d'ingénieur équivalent avec comme spécialité la mécanique ou la science des matériaux. Une expérience dans le domaine des composites est vivement souhaitable. Une bonne expression orale et écrite en langue anglaise est indispensable.
Candidate profile
Applicants must hold a Master's degree (M2) in Research or an equivalent engineering degree specializing in mechanics or materials science. Experience in the field of composites is highly desirable. Excellent written and spoken English is essential.
Référence biblio
[1] Bourgogne, Q. C., Bouchart, V., Chevrier, P., & Dattoli, E. (2020). Influence of temperature and cooling liquid immersion on the mechanical behavior of a PPS composite: experimental study and constitutive equations. SN Applied Sciences, 2(3), 368.
[2] Bourgogne, Q. C., Abida, M., Perroud, O., & Bouchart, V. (2024). Influence of different long and short ageing protocols on the mechanical behaviour and damage mechanisms of a hemp fibre reinforced polypropylene. Next Materials, 4, 100096.
[3] Boufaida Z, Farge L, André S, Meshaka Y, Influence of the fiber/matrix strength on the mechanical properties of a glass fiber/thermoplastic-matrix plain weave fabric composite. Composites: Part A 75 (2015) 28–38.
[4] Libura, -T., Matadi Boumbimba, -R., Rusinek, -A., Kowalewski, -Z.L., Szymczak, T., Effect of Uniaxial Fatigue Aging and Fabric Orientation on Low Impact Velocity Response of Glass Fibers/Elium Acrylic Composite Laminates, Materials, 2021, 14(15),4089;https://doi.org/10.3390/ma14154089.
[5] Joshi, S. V., Drzal, L. T., Mohanty, A. K., & Arora, S. (2004). Are natural fiber composites environmentally superior to glass fiber reinforced composites? Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 35(3), 371–376. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2003.09.016
[6] Liang, S., Gning, P. B., & Guillaumat, L. (2012). A comparative study of fatigue behaviour of flax/epoxy and glass/epoxy composites. Composites Science and Technology, 72(5), 535–543. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2012.01.011
[7] Bourmaud, A., Le Duigou, A., & Baley, C. (2015). Mechanical performance of flax based biocomposites. Biocomposites: Design and Mechanical Performance (Fourteenth). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/B978-1- 78242-373-7.00013-5
[8] Koumba Mendoue, D., Matadi Boumbimba, R., Benelfellah, A., Ponçot, M , Royaud, I., Wary, M., Influence of strain rate and temperature on the thermomechanical behavior of flax fibers/Elium acrylic composite: Experimental characterization and modeling, Polymer Composites, (2025), https://doi.org/10.1002/pc.29502
[9] Koumba Mendoue, D., Benelfellah, A., Matadi Boumbimba, R., Royaud, I., Ponçot, M., Wary, M., Noirel, C., Study of the thermomechanical behavior of composite based on acrylic Elium resin, carbon nanotubes and flax fibers: Experimental approach, Polymer Composites, vol 45, Issue 13, 11785-11803, (2024), https://doi.org/10.1002/pc.28597
[10] Kinvi-Dossou, G., Bonfoh, -N., Matadi Boumbimba, -R., Koutsawa, -Y., Lachaud, -F., Nyoungue, A., Gerard, -P., A mesoscale modelling approach of glass fibre/Elium acrylic woven laminates for low velocity impact simulation, composite structures, Vol 252, 112671, 2020.
[11] Kinvi-Dossou, -G., Matadi Boumbimba, -R., Bonfoh, -N., Koutsawa, -E., Eccli, -D., Gerard, -P., “A numerical homogenization of E-Glass/Acrylic woven composite laminates: application to low velocity impact”, Composite Structures, Vol 200, 540-554, 2018.
[12] Bourgogne, Q. C., Bouchart, V., Chevrier, P., & Dattoli, E. (2021). Numerical investigation of the fiber/matrix inter-phase damage of a PPS composite considering temperature and cooling liquid ageing. SN Applied Sciences, 3(1), 132.
[13] Bourgogne, Q. C., Bouchart, V., Chevrier, P., & Dinzart, F. (2024). On the thermo-visco-elastic behaviour of neat and aged PPS composites. International Journal of Mechanical Sciences, 284, 109761.