Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

THÈSE DE DOCTORAT de l’Université de recherche Paris Sciences et Lettres PSL Re

THÈSE DE DOCTORAT de l’Université de recherche Paris Sciences et Lettres PSL Research University Préparée à MINES ParisTech Soudage de polymères semi-cristallins utilisés dans l’isolation de pipeline offshore Approches thermiques, rhéologiques et mécaniques Soutenue par Margaux ARIS-BROSOU le 21.06.2017 h Ecole doctorale n°364 Science Fondamentales et Appliquées Spécialité Mécanique Numérique et Matériaux Dirigée par Noëlle BILLON Michel VINCENT h COMPOSITION DU JURY : M. Christian CARROT IMP-UJM, Faculté de Sciences et Techniques de Saint Etienne Président du jury M. Nicolas BOYARD LTN, Université de Nantes Rapporteur M. Gilles REGNIER PIMM, Arts et Métiers ParisTech Rapporteur Mme. Céline JABLONSKI Subsea 7 Examinateur M. Jean-François AGASSANT CEMEF, Mines ParisTech Invité Mme. Noëlle BILLON CEMEF, Mines ParisTech Examinateur M. Michel VINCENT CEMEF, Mines ParisTech Examinateur Remerciements Je tiens à exprimer mes remerciements les plus profonds à mes trois directeurs de thèse, Jean- François Agassant, Noëlle Billon et Michel Vincent. Ces trois années de thèse ont été rythmées par de nombreux échanges et leurs précieuses contributions ont permis de réaliser un travail de qualité. Leur soutien, scientifique et humain, continu pendant ce doctorat a été primordial dans la réussite de ce dernier et n’aurait pu être mené de meilleure façon. Je les remercie donc profondément d’avoir parié, il y a un peu plus de trois ans maintenant, sur moi pour effectuer ce travail et accepter de me léguer une partie de leur connaissance sur le monde. Je souhaite adresser mes remerciements à Messieurs Nicolas Boyard et Gilles Régnier pour avoir accepté de rapporter cette thèse et pour s’être acquitté consciencieusement de cette tâche. Je remercie également Monsieur Christian Carrot pour m’avoir fait l’honneur de présider ce dernier. J’adresse une attention particulière aux personnes de Subsea 7 avec qui j’ai collaborées au cours de ce travail. Merci à Céline Jablonski d’avoir accepté de reprendre l’étude en cours pour les six derniers mois et d’endosser le rôle d’examinateur. Un profond merci à Sylvain Popineau pour son aide précieuse pendant ces trois années de thèse et de m’avoir initié au monde des pipelines. Je tiens également à remercier Philippe Hoffmann pour sa contribution à ce beau projet. Je suis particulièrement reconnaissante envers les personnes suivantes pour leurs contributions aux diverses tâches qui ont rendues possibles la réalisation de ce travail. Je remercie l’ensemble de l’atelier du CEMEF pour son aide et sa bonne humeur. Plus particulièrement, je tiens à remercier Marc Bouyssou qui a au travers de l’usinage des échantillons participé à tous les essais de cette thèse. Merci Marc, le roi de la fraiseuse, pour ces centaines d’usinages réalisés en des temps record. Merci à Gabriel Monge pour ses interprétations des essais de cristallisation et ceux de rayon X. Un immense merci à Francis Fournier et Arnaud Pignolet ! Sans qui le chapitre IV de cette thèse ne serait pas là. Je pense pouvoir affirmer que cette semaine d’essai à Burnley nous aura marqué pour un grand moment. Merci, merci, merci. Je remercie Christophe Pradille pour son aide inestimable lors des essais mécaniques, merci pour tes nombreuses formations sur VIC et tes interprétations sur mes résultats pas toujours simples. J’exprime ensuite toute ma gratitude envers Romain Castellani pour son aide dans la mise en place des essais de rhéologie. Je remercie tous ceux que j’ai pu côtoyés pendant ces trois années (et demie) et qui ont fait de cette expérience une aventure humaine formidable. Je pense tout d’abord à Miren et Ruben qui ont fait de ces six derniers mois les meilleurs. Nos rendez-vous quotidiens à l’aube m’ont permis d’arriver au bout de ce travail de thèse et surtout de lier une amitié. Merci de m’avoir coaché et motivé ! Cette rencontre n’est pas prête de toucher à sa fin. Merci à Stéphanie pour nos merveilleux instants de commérages dans nos bureaux. Merci à Luis dont ses visites quotidiennes m’ont bien manqué sur la fin de la rédaction. Merci à Carlos pour sa présence sur les derniers temps et sa bonne humeur. Merci à Jérôme pour sa folie quotidienne au cours des deux premières années. Merci à Sabrina d’avoir été la meilleure co-bureau du monde et de m’avoir si bien accueilli. Merci à Noura et Ali pour nos sorties sportives et culinaires. Je pense aussi à Grégoire, Antoine, Quentin B., Victor, Nela pour leur contribution à ces merveilleux moments. J’ai aussi une très grosse pensée pour le trio montréalais, ça y est moi aussi je suis docteur les filles ! Je ne pourrais conclure cette partie sans parler de Lucie, Ana, Héloïse, Hélène, Juliette et Edouard. Tout simplement, pour moi, notre amitié est magique. Ce dernier paragraphe je le réserve pour les personnes qui me sont le plus proche au monde. Je commence par Guillaume, la plus belle rencontre de ces trois dernières années et comme quoi la vie fait très bien les choses. Un immense merci pour son aide, son soutien (plus que) quotidien et son amour. Un merci à ma Marraine pour sa présence lors de toutes les étapes importantes de ma vie. Un énorme merci à ma filleule Clémence pour assister à ma soutenance, tu vas voir Clémence le plastique n’aura plus de secret pour toi après. Je tiens aussi à remercier Antoine et Camille, Charlotte, Clara, Jean, Nicolas et Jacques. De magnifiques moments tous ensemble et il en reste tellement à venir ! Je remercie mon frère Charles, Anaïs et Jeanne, vous êtes ma famille et vous êtes donc ce que j’ai de plus précieux. Je finis par les deux personnes dont leurs présences et leurs amours sans faille depuis plus de 27 ans rythme mon quotidien : mon papa et ma maman. Sans vous, tout ça n’aurait pas été possible, je ne vous remercierais jamais assez ! 1 Table des matières Introduction .......................................................................................................................................5 Chapitre I : Contexte industriel ........................................................................................................7 1.1 Qu’est-ce qu’un pipeline ?....................................................................................................8 1.1.1 Assemblage et transport d’un pipeline ..........................................................................8 1.1.2 Composition d’un pipeline ............................................................................................9 1.1.3 Revêtement : le parent coating ................................................................................... 10 1.1.4 Revêtement : le field joint coating ............................................................................... 11 1.2 Procédé de fabrication d’un pipeline................................................................................... 12 1.2.1 Fabrication globale d’un pipeline ................................................................................ 12 1.2.2 Fabrication du revêtement : le parent coating ............................................................. 14 1.2.3 Fabrication du revêtement : le field joint coating ......................................................... 15 1.3 La soudure entre le parent coating et le field joint coating................................................... 17 1.4 Conclusion......................................................................................................................... 18 Chapitre II : Caractérisation des matériaux lors de la fusion et de la cristallisation ................... 20 2.1 Matériaux constituant le revêtement des pipelines ............................................................. 21 2.1.1 Matériau du field joint coating : Hifax .......................................................................... 23 2.1.2 Matériau du parent coating : GSPP ............................................................................ 24 2.2 Etude de la cristallisation et de la fusion ............................................................................ 26 2.2.1 Protocole expérimental............................................................................................... 26 2.2.2 Cristallisation et fusion anisotherme de l’Hifax ............................................................ 28 2.2.3 Influence de la vitesse de refroidissement sur la cristallisation de l’Hifax ..................... 30 2.2.4 Evolution de la fusion de l’Hifax .................................................................................. 31 2.2.5 Cristallisation et fusion anisotherme du GSPP ............................................................ 32 2.2.6 Influence de la vitesse de refroidissement sur la cristallisation du GSPP .................... 33 2.2.7 Evolution de la fusion du GSPP .................................................................................. 34 2.3 Etude des phases cristallines ............................................................................................. 36 2.3.1 Evolution des phases cristallines avec la température ................................................ 38 2.3.2 Influence de la chauffe sur les phases cristallines de l’Hifax ....................................... 41 2.3.3 Influence du refroidissement sur les phases cristallines de l’Hifax ............................... 45 2.3.4 Influence de la chauffe sur les phases cristallines du GSPP ....................................... 46 2.3.5 Influence du refroidissement sur les phases cristallines du GSPP .............................. 48 2 2.4 Conclusion......................................................................................................................... 50 Chapitre III : Caractérisation thermomécanique des matériaux dans la zone de soudage ......... 51 3.1 Rhéologie fluide ................................................................................................................. 52 3.1.1 Courbes maîtresses ................................................................................................... 54 3.1.2 Balayage en température ........................................................................................... 57 3.2 Analyse thermomécanique dynamique en torsion .............................................................. 57 3.2.1 Balayage en température ........................................................................................... 58 3.2.2 Comparaison avec les essais de DMTA ..................................................................... 59 3.3 Rhéologie dans la zone de transition.................................................................................. 60 3.3.1 Influence de la vitesse de refroidissement et de chauffe ............................................. 63 3.3.2 Influence de la fréquence de sollicitation .................................................................... 65 3.4 Relation rhéologie dans la zone de transition / analyse thermodynamique .......................... 67 3.4.1 Etat de l’art ................................................................................................................ 67 3.4.2 Effet de la cristallisation et de la fusion sur les propriétés rhéologiques....................... 72 3.4.3 Corrélation avec le taux de transformation .................................................................. 79 3.5 Conclusion......................................................................................................................... 86 Chapitre IV : Etude expérimentale et numérique de la thermique du procédé industriel et de l’expérience « image » de soudage ................................................................................................ 87 4.1 Etude du procédé industriel : instrumentation d’un pipeline ................................................ 88 4.1.1 Mise en place de l’instrumentation.............................................................................. 88 4.1.2 Procédé industriel de fabrication des soudures ........................................................... 92 4.1.3 Cartographie de l’instrumentation dans le revêtement du pipeline ............................... 97 4.1.4 Evolution de la température dans le tube métallique ................................................... 97 4.1.5 Evolution de la température dans le field joint coating ................................................. 98 4.1.6 Evolution de la température dans le parent coating .................................................. 100 4.1.7 Etude de la sensibilité des mesures ......................................................................... 104 4.1.8 Cinétiques expérimentales de refroidissement et de chauffe..................................... 107 4.2 Modélisation par éléments finis de la thermique du procédé de soudage .......................... 109 4.2.1 Géométrie du pipeline dans le logiciel Abaqus .......................................................... uploads/Geographie/ these-doctorat-pdf.pdf