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وزارة ا ا  و ا  ا      ر BADJI MOKHTAR-ANNABA UNIVERSITY UNIVERSITE BADJI MOKHTAR-ANNABA   Faculté des sciences de l’Ingénieur Département de Génie Mécanique Mémoire de Magister Option Mécanique de la Rupture Par ALIMI LATIFA DIRECTEUR DE THESE : Kamel CHAOUI Pr U. Annaba Devant le jury Président: N. ZEGHIB Pr U. Annaba Examinateurs : L. BOULANOUAR Pr U. Annaba A. H. SOUAHI MC U. Annaba Année : 2007 COMPORTEMENT MECANIQUE ET RUPTURE DU HDPE SOUS ENVIRONNEMENTS CONTROLES Dédicace Je dédie ce modeste travail à La mémoire de ma très chère et bien aimée sœur Meriem Mes précieux parents qui ont su toujours me réconforter et me soutenir, qui m’ont guidé vers le droit chemin pour que je devienne un jour ce que je suis et qui m’ont couvert d’estime et d’amour tout au long de mon existence Mes frères, Youcef et Réda Mes sœurs, Nabila, Souad, Sana, Sihem, Dalinda Remerciements Je remercie vivement Monsieur Kamel CHAOUI Professeur au département de Génie Mécanique de l’Université de Annaba pour son aide scientifique et matérielle et surtout pour son suivi régulier et son assistance jusqu’à la fin de cette recherche, ainsi que pour les encouragements qu’il n’a cessé d’apporter à mes travaux durant cette période. J’adresse aussi mes vifs remerciements à Monsieur Nacer Eddine ZEGHIB, Professeur au département de Mécanique à l’Université de Annaba d’avoir accepté de présider mon jury de soutenance. Je remercie également Monsieur Abdelhamid SOUAHI Maître de conférence au département de physique à l’Université de Annaba d’avoir pris le soin d’examiner ce travail et me faire l’honneur de participer au jury. Je remercie profondément Monsieur Lakhdar BOULANOUAR Professeur au département de mécanique à l’Université de Annaba d’avoir pris le soin d’examiner ce travail et me faire l’honneur de participer au jury. Je remercie également l’ensemble de l’entreprise nationale Sonelgaz . Je remercie également Monsieur Otman YALESSE Maître de conférence au département de Mécanique à l’Université de Guelma pour son aide précieuse. Je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance à Monsieur Aziz Téchncien à l’université de Guelma pour son aide précieuse. J’exprime également toute ma reconnaissance envers l’ensemble des membres du laboratoire "LR3MI", notamment Messieurs Rabia KHELIF, Abdelaziz AMIRAT, Aboubaker BOUNAMOUS, Ouzine BOUSSAID et Mohhieddine BENGHARSSALLAH, leur contribution a été essentielle dans la réalisation de ce travail. Je remercie vivement mes chères amies Najet KIASS, Wafia GABBECHE, Mounia KADDECHE, Souheila REHAB pour leur soutien. Je remercie toute ma promo, notamment mes amis Mounir, Walid, Wahid, Fatiha, Lotfi, Smain, Rahim, Latifa et Widad. Je remercie mes enseignants du Département de Mécanique et Monsieur Kamel BEY chef de Département de Mécanique. Enfin, je remercie énormément tous ceux qui ont participé de près ou de loin et qui ont contribué à l’élaboration de ce travail. Résumé De nos jours, les résines de polyéthylène de haute densité (HDPE) sont généralement transformées en tubes et assemblages à grande échelle pour construire des réseaux de transport et de distribution de gaz naturel. Les matériaux polymères sont largement utilisés par des applications industrielles diverses comme le transport de liquides sous pression. Plusieurs recherches sont axées sur la mise au point de nouvelles résines résistantes et durables dans les environnements agressifs. C’est le cas du polyéthylène de haute densité. Cette étude concerne la préparation et l’essai des éprouvettes standards usinées dans des conditions spécifiques. La Norme adoptée est ISO 527. L’effet des milieux agressifs comme les solvants à base de benzène et les bases est discuté en fonction des durées d’exposition. Les résultats sont exprimés sous forme de propriétés mécaniques standards ( ) .. , , , , y u CD y E ε σ σ σ . Il ressort que l’altération est importante et varie proportionnellement à la durée d’exposition. L’atténuation de E et de y σ peut arriver jusqu’ à 25% de la valeur de départ. Au niveau mécanismes, il est avancé la dégradation des chaînes moléculaires (segmentation) et aussi le durcissement qui favorise la fragilisation sous l’effet de forces externes. Abstract Nowadays, the high density polyethylene resins (HDPE) are generally transformed into pipes and assemblies on a large scale to build the natural gas distribution and transmission systems The polymeric materials are largely used by various industrial applications like the transport of liquids under pressure. Several researches are centred on the development of new resistant and durable resins in the aggressive environments. It is the case of the high-density polyethylene. This study relates to the preparation and the test of the standards specimens machined under specific conditions. The adopted norm is ISO 527. The effect of the corrosive conditions like solvents containing benzene and the bases is discussed according to the exposure times. The results are expressed in the form of mechanical properties standards ( ) .. , , , , y u CD y E ε σ σ σ . It arises that deterioration is significant and varies proportionally at the exposure time. Attenuation of E and y σ can arrive up to 25% of the starting value. On the level mechanisms, it is advanced the degradation of the molecular chains (segmentation) and also the hardening which supports the hardening under the effect of external forces.  # "! ت  ا  ا را     ا  ،  دة ا ) ـ(ــ$ــــ ا & ا %$ ( HDPE) ا +ي 9876 م  4ل ")%ت ا210 ا / وا ز -ز ا )& . 97 ر ه + ا ا &@ ا 749) ?ل =>= أه اف ا - . 9 ا2و G 7$@  درا آE زع ا 6C ا %% ) B ار أ)ب  ع  ا ) ـ(ــ$ــــ ا & ا %$ و BI إ G #@ ا -ز ا )& . &7 ا 9# ا #7? G #K ا2)ب   L ا & ت M و 7 ت ISO 527 . إن ا ! ف ا $ ه ا را ا 749) 7O= ا &   ا % ا Bدة  ا 71 G ا 6C ا %% 210 ا ) ـ(ــ$ــــ . # R  /Q ا 7P   S9M ا  ت ا ) إB!د – QV و ة ا -U . ُX! ا2وط ا %     @ +9) ا6EZ &7)ا  ا 6C ا %% ) .. , , , , y u CD y E ε σ σ σ (   210 ا -ز ا .  978)0  - 1 ي 9#@  >1 ا 4 . ا6E ضE  y σ آ أن 9@ إ G 25%  # أ أ ) ا . Table des matières Résumé Remerciements Dédicaces CHAPITRE I. Etude bibliographique sur la rupture des tubes en polyéthylène I.1. Introduction 1 I.2. Matériaux polymère 3 I.2.1. Définition 3 I.2.2. Classification des polymères 4 I.2.2.1. Point de vue thermomécanique 4 I.2.2.2.Point de vue de la structure physique 5 I.2.3.Processus d’élaboration des polymères 9 I.2.4.Structure moléculaire 10 I.2.5.Le matériau polyéthylène 11 I.2.5.1.Structure et propriétés 11 I.2.5.2.Types de polyéthylène 12 I.2.5.3.Mise en œuvre des PE 13 I.3.Procédés de fabrication des tubes en matière plastique 15 I.4.Application des plastiques en tuyauterie 15 I.5.Classification des tubes en polyéthylène 17 I.6.Caractéristiques des tubes en polyéthylène 18 I.7.Rupture des polymères 20 I.7.1.Rupture fragile 21 I.7.2.Rupture ductile 21 I.7.3.Comportement mécanique 22 I.7.4.Historique et objet de la mécanique de la rupture 25 I.7.4.1.Etendu de la zone d’Irwin 27 I.7.4.2.Description du champ des contraintes à l’extrémité d’une fissure à l’aide du facteur d’intensité de contrainte 28 I.7.4.3.Qualités et défauts des polymères semi-cristalins 31 CHAPITRE II. Usinage et préparation d’éprouvettes d’essai II.1.Introduction 33 II.2.Comportement des polymères vis avis de l’usinage 34 II.3. Conditions d’usinage des polymères haute densité HDPE 37 II.4. Facteurs influençant la qualité de surface en tournage 38 II.5. Procédure expérimentale 39 II.5.1.Matériau 38 II.5.2.usinage des enveloppes 39 II.5.3.conditions d’usinage et évolution de la rugosité 40 II.5.4.usinage du HDPE-80 41 II.5.5.Evolution de la rugosité du HDPE-80 42 II.5.6.Evolution de la cristallinité 43 II.5.7.Evolution de la dureté 44 II.6.Conclusion 46 CHAPITRE III. Etude de l’évolution des propriétés mécaniques à travers la paroi du tube sur la base d’éprouvettes normalisée ASTM III.1.Introduction 47 III.2.Approche expérimentale 52 III.2.1.Matériau 52 III.2.2.Préparation des éprouvettes de traction 52 III.2.3.Procédure expérimentale 54 III.2.4.Résultats et Discussions 55 III.3.Conclusion 70 CHAPITRE IV. Effet de quelques milieux chimiques sur les propriétés mécaniques du tube sur la base d’éprouvettes normalisées ASTM IV.1.Introduction 71 IV.2.Approche expérimentale 74 IV.2.1.Matériau 74 IV.2.2.Préparation des éprouvettes 74 IV.2.3.Environnement 74 IV.2.4.Conditions expérimentales 75 IV.3.Résultats et discussions 75 IV.4.Conclusion 86 Conclusion générale 87 Références bibliographiques Liste des figures Liste des figures. Chapitre I : Etude bibliographique sur la rupture des tubes en polyéthylène Figure I.1:Distribution des applications mondiales en PE [4]. Figure I.2:Domaines d’applications du PE durant l’année 2006 : a) USA et b) EU [4] Figure I.3:Evolution de l’installation des pipes en PE dans l’industrie de distribution de gaz en Algérie [4]. Figure I.4:Interpénétration de structure en pelote [6]. Figure I.5:a) Aspect microscopique du polyéthylène avec juxtaposition de lames cristallines et de régions amorphes (filaments) [9], b) uploads/Geographie/ alimi-latifa.pdf

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