Élément fini solide-poutre pour l'analyse mésoscopique du comportement des renforts textiles à fibres continues

Doctorant : Baptiste LACROIX

Laboratoire INSA : LaMCos  - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures

École doctorale : ED n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Les renforts textiles à fibres continues sont utilisés pour la fabrication de matériaux composites, ce qui implique parfois des étapes de mise en forme. La maîtrise des étapes de celle-ci requiert des simulations à différentes échelles de représentation : macro, méso ou microscopique qui correspondent respectivement à celle du renfort, de la mèche ou de la fibre. L'analyse mésoscopique de la mise en forme de ces renforts permet de mettre en évidence les défauts apparaissant au niveau des mèches : leur flambement, leur écartement et leur désorientation. Leur prédiction est cruciale car ils sont responsables d'une diminution locale des propriétés mécaniques de la structure. Les méthodes permettant des simulations numériques à cette échelle nécessitent parfois des modèles complexes au nombre de degrés de liberté élevé et sont donc coûteux d'un point de vue calculatoire. Pour limiter ces coûts, certaines approches utilisent des modèles fondés sur des hypothèses simplificatrices qui ne permettent pas de capturer l'ensemble des mécanismes à l'œuvre dans la transformation des milieux fibreux. Pour répondre à cette problématique, l'objectif de la thèse est de développer une nouvelle stratégie de modélisation frugale pour l'analyse mésoscopique des renforts à fibres continues. Dans ce travail, nous proposons une approche de solide-poutre pour décrire les mèches. Cette approche repose sur une actualisation de la méthode proposée par Charmetant, basée sur des éléments volumiques et une loi de comportement hyperélastique isotrope transverse. Dans le cas du solide-poutre développé ici, l'élément volumique est enrichi par des poutres fictives utilisant une extension 3D de la méthode dite des éléments voisins et permettant de prendre en compte la raideur en flexion de la mèche. L'approche est implémentée dans un code de calcul interne utilisant la méthode des éléments finis avec un schéma d'intégration temporelle explicite. Des simulations de compaction non confinée, de flexion cantilever et de flambement d'une mèche sont réalisées afin d'observer l'influence de chaque mode de déformation sur la transformation de la mèche. Au travers de simulations numériques sur des mèches, des catégories de comportement de milieux fibreux (associées à des jeux de paramètres matériau) sont mis en évidence ; une classification est proposée en utilisant des ratios de propriétés. La pertinence de cette stratégie est démontrée par des comparaisons entre des simulations numériques et des essais sur des matériaux modèles. Enfin, des simulations de compaction et de pull-out hors plan sont réalisées sur un échantillon de renfort taffetas. Ces exemples numériques démontrent la capacité de notre modèle à capturer des défauts qui apparaissent lors d'opérations de mise en forme.

Un évènement proposé par les associations Ingénieur.e.s sans Frontières et Objectif 21

Quel impact a votre tee-shirt sur la planète et sur notre société ? Mais surtout, quels sont les freins au changement dans l’industrie du textile ? 

Alice Lehoux et Natacha Ruiz, auteures du « Guide de la mode écoresponsable » vous invitent à une conférence mardi 4 mai à 18h30 sur zoom. 

Elles aborderont les thèmes des impacts de l’industrie du textile, de la traçabilité dans les chaînes d’approvisionnement ou encore du marketing dans la mode écoresponsable. \Cette conférence sera suivie d’un temps de questions et d’échanges.

• Pour rejoindre la conférence => https://us04web.zoom.us/j/78111550387

L’exposition Farandole, par un regard croisé sur l’identité et la culture métisse* au XXIe siècle au Manitoba (Canada), explore les techniques textiles traditionnelles sous un éclairage contemporain et multidisciplinaire.

Farandole se compose d’une installation textile de l’artiste visuelle franco-manito- baine Colette Balcaen et de quatre tenues vestimentaires créées par Pascal Jaouen, styliste et brodeur, directeur de l’École de broderie d’art de Quimper et conçues par des artisanes d’excellence manitobaines.

Leur collaboration met en lumière la relation historique qui prévaut entre la culture métisse^* et la culture française. Elle explore les effets de la rencontre et de l’appropriation qui en découle sur la construction identitaire et culturelle des per- sonnes issues de communautés minoritaires, et plus particulièrement auprès de la culture métisse* de l’ouest canadien.
Ces deux créateurs textiles ont en commun un souci constant du sens de l’identité, de la responsabilité de l’artiste, de la nécessité et du devoir de transmission.
Des rencontres avec Colette Balcaen et des ateliers menés par les arti- sanes manitobaines Jennine Krauchi et Carol James sont prévues durant l’exposition.

^*Les Métis font partie des Premiers Peuples du Canada. Les Métis sont des personnes nées de l’union d’au- tochtones et d’Européens. Ils vivent principalement dans les prairies cana- diennes, au centre du pays. Venant de milieux francophones ou anglophones, ils représentent trente pour cent des peuples autochtones et parlent leur propre langue, le michif.

Partenariat INSA et Alliance Française du Manitoba en étroite collaboration avec l’École de broderie d’art de Quimper.

=> Programme complet en ligne

L’exposition Farandole, par un regard croisé sur l’identité et la culture métisse* au XXIe siècle au Manitoba (Canada), explore les techniques textiles traditionnelles sous un éclairage contemporain et multidisciplinaire.

Farandole se compose d’une installation textile de l’artiste visuelle franco-manito- baine Colette Balcaen et de quatre tenues vestimentaires créées par Pascal Jaouen, styliste et brodeur, directeur de l’École de broderie d’art de Quimper et conçues par des artisanes d’excellence manitobaines.

Leur collaboration met en lumière la relation historique qui prévaut entre la culture métisse^* et la culture française. Elle explore les effets de la rencontre et de l’appropriation qui en découle sur la construction identitaire et culturelle des per- sonnes issues de communautés minoritaires, et plus particulièrement auprès de la culture métisse* de l’ouest canadien.
Ces deux créateurs textiles ont en commun un souci constant du sens de l’identité, de la responsabilité de l’artiste, de la nécessité et du devoir de transmission.
Des rencontres avec Colette Balcaen et des ateliers menés par les arti- sanes manitobaines Jennine Krauchi et Carol James sont prévues durant l’exposition.

^*Les Métis font partie des Premiers Peuples du Canada. Les Métis sont des personnes nées de l’union d’au- tochtones et d’Européens. Ils vivent principalement dans les prairies cana- diennes, au centre du pays. Venant de milieux francophones ou anglophones, ils représentent trente pour cent des peuples autochtones et parlent leur propre langue, le michif.

Partenariat INSA et Alliance Française du Manitoba en étroite collaboration avec l’École de broderie d’art de Quimper.

Programme complet en ligne

SILKINSA ouvre une démarche initiée par l’INSA Lyon afin de resserrer les liens entre design et ingénierie.

Cette filiation avec l’INSA est d’autant plus légitime à Lyon et dans sa région puisque c’est ici que s’est amorcée la révolution industrielle dont le design est issu, dans une filière qui a profondément inscrit dans sa carte ADN cette culture des sciences appliquées et de l’innovation : la filière textile.

Cette première exposition propose un retour aux origines, revisite les fondamentaux des fibres : noix de coco, basalte, poil, coton, paille, argent, mouton, amiante, angora, acier, lin, laine, silicate, crin, sécrétions de papillon, fourrure, moule, quartz, plume, bananier, chanvre, or, genêt, coton, bernique, vigogne, carbone, ortie, kapok, latex, varech, paille, agave, jute, cachemire, araignée, mohair, raphia, alpaga... (Make your choice).
Tissées, tricotées, ces fibres naturelles, chimiques, artifi- cielles, synthétiques, innovantes sont, depuis la nuit des temps, propices à tous les transports, à toutes les métamorphoses afin qu’elles nous protègent, nous réchauffent, nous abritent, nous soignent ou nous embellissent...
Une mise en récit de cette épopée industrielle initiée par la Grande Fabrique jusqu’à aujourd’hui nous présente la soierie lyonnaise comme un vecteur sachant conjuguer au futur composé, patrimoine, savoir-faire et hautes technologies.
Le parcours ici proposé présente aussi le textile dans son acception globale et technologique et nous permet d’appréhender ses multiples applications au-delà du simple vêtement.

Isabelle Moulin, commissaire et scénographe de SILKINSA inaugure le programme avec une conférence offrant les clés de lecture de cette exposition, permettant d’entrevoir les envers des motifs et des trames, l’insoupçonnable amplitude exploratoire que le textile nous offre. L’exposition se clôturera par un Silk Mix, spécialement imaginé par Yvan Maurel pour nous faire découvrir que la soie se danse et s’écoute aussi !

Programme complet

Mardi 12 novembre 2019

Présentation de l’exposition Great designers of the world
Restitution de travaux étudiants
13h00 - Agora, INSA Lyon

Mardi 19 novembre 2019

Rencontre avec Isabelle Moulin, scénographe & commissaire d’exposition SILK INSA
12h45 – 13h45, Salle René Char, INSA Lyon

Vernissage de l’exposition SILKINSA
18h - 20h30, Galerie des Humanités, INSA Lyon

Exposition Design Lyon du 19.11.19 au 05.12.19

Mercredi 20 novembre 2019

Rencontre avec les brodeurs et stylistes, Pascal Jaouen et Yann Lagoutte
Modération Isabelle Moulin
12h45 - 13h45, salle René Char, INSA Lyon

Ateliers de broderie
18h - 20h - Maison des Personnel, INSA Lyon

Jeudi 5 décembre 2019

Clôture festive & SILK MIX avec Yvan Maurel
19h - 21h - Agora, INSA Lyon

Jeudi 9 janvier 2020

Rencontre avec Isabelle Moulin, scénographe & commissaire d’exposition SILK INSA
12h45 – 13h45, Amphithéâtre Oyonnax

Vernissage de l’exposition SILKINSA
18h – 20h30, Hall d’entrée INSA Oyonnax

Exposition Design Oyonnax du 9.01 au 24.01.20

---

SILKINSA est un programme sous la direction de Stéphane Pontarollo, chargé de mission Design auprès de la Direc- tion de la Formation INSA et Isabelle Moulin, scénographe, commissaire d’exposition SILKINSA, directrice artistique du SILKMEBACK, spécialisée en textile et patrimoine industriel ; chevalière des Arts et des Lettres.

Comment apporter de la valeur ajoutée à un produit technique fabriqué par une entreprise française et faire évoluer les normes dans son domaine d’activité ? C’est tout le défi que s’est lancé PITAGOR, laboratoire commun associant l'équipe de recherche GRG du laboratoire SMS-ID de l’INSA Lyon et l'entreprise TEXINOV.

Spécialiste européen dans son domaine, le PME française Texinov a développé un savoir-faire unique dans l’innovation et la conception de textiles techniques fonctionnels. Au service de plusieurs marchés (Génie Civil, Agriculture, Médical et Industrie), elle s’est progressivement tournée vers l’expertise de l’INSA Lyon pour travailler main dans la main sur ses produits et améliorer leurs performances.
C’est ainsi qu’est né le laboratoire commun PITAGOR, pour Plate-forme d’Innovations Technologiques Appliquées aux Géosynthétiques des Ouvrages Renforcés, financé par l’Agence National de la Recherche.

« Notre contrat de laboratoire avec l’ANR a été signé en décembre dernier et nous allons pendant les 3 années qui viennent, grâce au budget alloué de 300 000 euros, aider Texinov à développer de nouveaux produits et à changer les normes vieillissantes du secteur, pas forcément adaptées aux géosynthétiques qui peuvent être développés aujourd’hui » explique Laurent Briançon, enseignant-chercheur à l’INSA Lyon et directeur de PITAGOR.

Cas pratique
C’est grâce au parcours de ce scientifique que l’aventure PITAGOR est rendue possible. D’abord Maître de Conférences aux Conservatoire des Arts et Métiers, Laurent Briançon suit le projet de la ligne TGV Tour-Bordeaux, qui a la particularité de traverser 2 km de zones marécageuses avant la Dordogne. Après un passage de deux ans en bureau d’études et une arrivée à l’INSA Lyon en 2014, il assiste la société Terrasol pour apporter la solution à VINCI et fait valoir l’intérêt du géosynthétique.

« La solution initiale de VINCI était d’implanter dans le marais de la « Virvée » des inclusions rigides de 12 mètres de profondeur dans ce sol inconstructible, puis de les coiffer de dalles de béton. Le remblai viendrait par-dessus et permettrait la construction de la ligne ferroviaire. Sollicité pour la validité technique de cette solution, nous avons proposé de remplacer les dalles de béton par des nappes de géosynthétique» raconte Laurent Briançon.

Les deux solutions sont testées sur le même tracé et l’étude va en effet démontrer que la géogrille en PVA (Polyvinyle Alcool) conçue par Texinov apporte une meilleure efficacité au projet.

« Le chantier était simplifié, moins coûteux, moins long, avec une solution durable puisque garantie pour la durée de vie de la ligne» précise le chercheur, qui annonce avec fierté que l’ouverture de la ligne TGV Tour-Bordeaux est imminente, grâce en partie aux produits de Texinov.

« L’entreprise a même intégrer des fibres optiques dans cette géogrille, pour mesurer les variations de la déformation des géosynthétiques installés permettant de vérifier leur efficacité. L’utilisation de ces rouleaux géosynthétiques complètement instrumentés est très intéressante » ajoute le scientifique.

C’est vers ce type de projet, où l’expérience valide la solution géosynthétique, que PITAGOR veux s’orienter.

19 personnes composent les 3 pôles de fonctionnement de PITAGOR (ingénierie & technique, scientifique, et administratif), rejoints à ce jour par deux doctorants et de nombreux étudiants. PITAGOR sera inauguré le 16 mars prochain sur le campus de l’INSA Lyon en présence de représentants du réseau INSA, Texinov, du pôle de compétitivité Techtera, d’Indura et de l’ANR.