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RALOVARISOA Eric Mémoire de fin d’étude UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIE

RALOVARISOA Eric Mémoire de fin d’étude UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEUR POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT MECANIQUE DEPARTEMENT MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL « ETUDE SUR LES PLASTIQUES RENFORCE Présenté par Sous la direction de Monsieur Date de soutenance : 08 Avril 2010 PROMOTION 2009 UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEUR POLYTECHNIQUE UFR : GENIE INDUSTRIEL DEPARTEMENT MECANIQUE PRODUCTIQUE DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL N° d’ordre ………. Intitulé UDE SUR LES PLASTIQUES RENFORCES » Présenté par : RALOVARISOA Eric Sous la direction de Monsieur : RASOLDIER Olivier Promotion 2009 08 Avril 2010 PROMOTION 2009 MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME » Olivier RALOVARISOA Eric PROMOTION 2009 Mémoire de fin d’étude RALOVARISOA Eric PROMOTION 2009 Mémoire de fin d’étude UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEUR POLYTECHNIQUE UFR : GENIE INDUSTRIEL DEPARTEMENT MECANIQUE PRODUCTIQUE ET ELECTRIQUE MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME MEMOIRE DE FIN D’ETUDE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLÔME D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL D’INGÉNIEUR EN GÉNIE INDUSTRIEL Présenté par : RALOVARISOA Eric Membres de jury : Président : Monsieur JOELIHARITAHAKA Rabeatoandro Rapporteur : Monsieur RASOLDIER Olivier Examinateur : Monsieur RAKOTONIRIANA René Madame RATSIMBAZAFY Lantoharisoa Monsieur ANDRIAMANALINA William Promotion 2009 RALOVARISOA Eric PROMOTION 2009 Mémoire de fin d’étude SOMMAIRE SOMMAIRE SOMMAIRE SOMMAIRE REMERCIEMENTS TABLE DES MATIERES LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES LISTE DES ABREVIATIONS NOTATIONS ET SYMBOLES INTRODUCTION PARTIE I : LES MATIERES PLASTIQUES Chapitre 1 : Généralités sur les matières plastiques Chapitre 2 : Production des matières plastiques Chapitre 3 : Avantages, inconvenients et applications des matières plastiques PARTIE II : LES PLASTIQUES RENFORCES Chapitre 1: Introduction Chapitre 2: Technologie de mise en oeuvre Chapitre 3: Avantages, inconvénients et applications des plastiques renforcés Chapitre 4 : Méthodologie de calcul sur les matériaux composites Chapitre 5 : Théorie classique des stratifiées PARTIE III : PARTIE ECONOMIQUE Chapitre1 : Etude d’impact environnemental Chapitre 2 : Etude économique CONCLUSION BIBLIOGRAPHIES ANNEXES RALOVARISOA Eric PROMOTION 2009 Mémoire de fin d’étude REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude envers tous ceux qui ont, de prés ou de loin, contribué à l’élaboration de ce mémoire. Nous citons en particulier: Notre seigneur tout puissant ; Monsieur RANDRIANARY Philippe Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, qui, par son administration a donné à l’école une belle image; Monsieur JOELIHARITAHAKA Rabeatoandro, enseignant chercheur, chef de département en Génie Mécanique et Productique, qui, malgré ces lourdes tâches, n’a pas cessé de nous prodiguer des conseils visant à nous garantir une carrière professionnelle honorable; Monsieur RAKOTONIAINA Solofohery, Chef de Département en Génie électrique, qui a donné le meilleur de lui-même tout au long de notre formation ; Monsieur RASOLDIER Olivier, maître de conférences, enseignant chercheur à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, qui nous a conseillé ce sujet et qui nous a dirigé tout au long de la réalisation de ce mémoire; Tous les membres du jury, qui ont bien voulu évaluer notre projet et apporter des remarques et des suggestions visant à son amélioration; Tous les enseignants ainsi que les personnels de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo qui nous ont donné le meilleur d’eux mêmes tout au long de notre formation; Monsieur Valery Fraise, Directeur Général de l’usine Corima de Madagascar de m’avoir accepté comme stagiaire au sein de sa société. Toute la famille et les amis pour leur présence et leur soutien. Qu’ils trouvent tous ici les respectueux témoignages de ma profonde gratitude RALOVARISOA Eric PROMOTION 2009 Mémoire de fin d’étude TABLES DES MATIÈRES TABLES DES MATIÈRES TABLES DES MATIÈRES TABLES DES MATIÈRES PARTIE I : LES MATIERES PLASTIQUES……………………………………………………….2 CHAPITRE 1 : GENERALITE SUR LES MATIERES PLASTIQUES……………………………….2 1.1 ORIGINE………………………………………………………….…………………...2 1.2 CLASSIFICATION……………………………………………….…………………...2 1.3 MOLECULE DE BASE……………………………………………………………….2 1.4 PROPRIETES DES MATIERES PLASTIQUES…………….………………………..3 1.4.1 Propriétés physiques………………………………..….………………………3 1.4.2 Propriétés chimiques……………………………….………………………….4 CHAPITRE 2 : PRODUCTION DES MATIERES PLASTIQUES……………………………………5 2.1 MATIERES PREMIERES……………………………………………………………....5 2.1.1 Les poudres à mouler………………………………………………………….5 2.1.2 Les stratifiés…………………………………………………………..……….5 2.1.3 Les plastiques armées………...……………………………………………..…5 2.1.4 Les résines liquides………..…………………………………..………………6 2.2 LES DEMI-PRODUITS………………………………………………………….……6 2.2 .1 Les extrusions………………………………………………………….………6 2.2.2 Les films, les feuilles et les plaques……...…………………………………....6 2.3 PRODUCTION DES PIECES EN PLASTIQUES……………………………….……6 2.3.1 Moulage…………………………………………………………………..……6 2.3.2 L’usinage…………………………………………...…………………….……6 2.3.3 Modes d’assemblage ……………………………………………………….....8 CHAPITRE 3 : INTERET DES MATIERES PLASTIQUES………………………………………....10 3.1 Avantages et Inconvenient des matières plastiques………………………………..…10 3.2 Domaines d’applications des matières plastiques…………………………………….10 PARTIE II : LES PLASTIQUES RENFORCES…..………………………………………………11 CHAPITRE 1 : INTRODUCTION……………………………………………………………...……..11 1.1 DEFINITION…………………………………………………………………..……..11 1.2 PRINCIPE DE CONSTRUCTION …………………………………………………..11 1.3 LES COMPOSANTS ET SES ROLES………………………………………………11 1.3.1 Le renfort…………………………………………………………………..…12 1.3.2 La matrice…………………………………………………………………….15 1.3.3 Les différents charges…………………………………………...……………17 CHAPITRE 2 : TECHNOLOGIE DE MISE EN ŒUVRE…………………………………...……….18 2.1 PROCEDES MANUELS……………………………………………….…………….18 2.1.1 Moulage au contact……………………………………………….………….18 RALOVARISOA Eric PROMOTION 2009 Mémoire de fin d’étude 2.1.2 Moulage par projection simultanée……………………………………….….19 2.1.3 Moulage sous vide……………………………………………………………20 2.2 PROCEDES DE TRANSFORMATION PAR MOULAGE A PRESSE…………….21 2.2.1 Moulage par injection basse pression de résine RTM…………………..……21 2.2.2 Moulage à la presse froid ‘voie humide’ basse pression……………….…….22 2.3 PROCEDES D’INJECTION PAR REACTION : RRIM-SRIM……………………..23 2.3.1 Moulage par injection de résine réactive renforcée fibres broyées RRIM ..…23 2.3.2 Moulage par injection de résine réactive renforcée fibres longues SRIM…...24 2.3.3 Moulage par injection compound BMC……………………………………...25 2.3.4 Moulage par compression de mat préimprégné……………………………...26 2.4 PROCEDE DE FABRICATION DE FORME DE REVOLUTION………………....27 2.4.1 Moulage par enroulement filamentaire…………………………………..…..27 2.4.2 Moulage par centrifugation……………………………………………..……28 2.5 PROCEDE DE TRANSFORMATION EN CONTINU………………………...……29 2.5.1 Moulage par pultrusion………………………………………………………29 2.5.2 Imprégnation en continu…………………………………………….……….30 CHAPITRE 3 : AVANTAGES , INCOVENNIENTS ET DOMAINES D’APPLICATIONS…….…31 3.1 Domaine d’application des composites……………………………….………………31 3.2 Avantages des matériaux composites……………………………...…………………32 3.3 Inconvenients des matériaux composites…………………………..…..……………..32 CHAPITRE 4 : CONCEPTION DE PIECES EN MATERIAUX COMPOSITES……………………33 4.1 DEFINITION…………………………………………………………..……………..33 4.1.1 Les matières homogènes……………………………………………………..33 4.1.2 Les matières hétérogènes…………………………………………………….33 4.1.3 Les matières isotropes………………………………………………………..33 4.1.4 Les matières anisotrope……...………………………………………...……..33 4.2 STRUCTURE DES MATERIAUX COMPOSITES…………………………………33 4.2.1 Monocouche………………………………………………………………….33 4.2.2 Stratifiés…………………………………………………………………...…33 4.2.3 Sandwich……………………………………………………………………..34 4.3 REGLE DE BASE DES CALCULS POUR LES COMPOSITES………………...…35 4.4 ELEMENTS MATHEMATIQUE DE BASE ………………………………………..35 4.4.1 Le repère…………………………………………………………...………....35 4.4.2 Description des contraintes …………………………………….……………36 4.4.3 Description des déformations…………………………………………..…….37 4.4.4 Relation contrainte et déformation………………………………………...…38 4.4.5 Détermination des matrices des souplesses…………………………………..38 RALOVARISOA Eric PROMOTION 2009 Mémoire de fin d’étude 4.4.6 Relations fondamentales de la dynamique…………………………………...40 4.4.7 Equation de compatibilité…………………………………………………….40 4.5 APPROCHE DES CALCULS DES COMPOSITES ………….……………………..41 4.5.1 Homogénéisation simplifiée ou modèle à borne………………………….….41 4.5.2 Approche d’Hashin………………………………………………………..…42 4.5.3 Approche d’Halpin- Tsai……………………………………………………..42 4.5.4 Appoche de Tsai-Pagano……………………………………………………..42 4.5.5 Approche d’halpin-Kardos…………………………………………………...43 CHAPITRE 5 : THEORIE CLASSIQUE DES STRATIFIEES………………………………………44 5.1 COMPORTEMENT………………………………………………………………..…44 5.1.1 Comportement en membrane………………………………………………...44 5.1.2 Comportement en flexion…………………………………………………….45 5.1.3 Prise en compte des effets hygrothermiques………………………………....47 5.1.4 Modélisation à l’échelle des plaques………………………………………....47 5.2 RUPTURES DES COMPOSITES………………………………………………...….47 5.2.1 Le critère de Tsai-Hill…………………………………………………..……47 5.2.2 Le critère Tsai-Wu……………………………………………………...……48 5.2.3 Le critère de la contrainte maximale ……………………………………...…48 5.2.4 Le critère de la déformation maximale……………………………………....48 5.2.5 Le critère mixte……………………………………………………………....48 5.2.6 Le critère de Hashin………………………………………………………….48 5.2.7 Principaux causes des ruptures………………………………………………….50 5.3 CONCEPTION DES PIECES COMPOSITES……………………………………….51 5.3.1 Règles de conception des pièces composites………………………………...51 5.3.2 Préparation avant le moulage ou du drapage………………………………...51 5.3.3 Usinage des pièces composites plastiques………………………………..….52 5.3.4 Exemple de réalisation d’une pièce composite soumis à la traction…………54 5.3.5 Poutre stratifiée travaillant en flexion………………………………………..56 PARTIE III : CONSIDERATION ECONOMIQUE ET IMPACT ENVIRONNEMENTAL….58 CHAPITRE 1 : ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL………………………………………58 1.1 Recyclage des matieres plastiques et des plastiques renforces…………………….…59 1.2 Processus de recyclage des plastiques ou des plastiques renforcés…………………..59 1.3 L’augmentation des bacs à ordures…………………………………………………...59 1.4 L’usage de solvant de nettoyage et port des accessoires……………………………...60 CHAPITRE 2 : CONSIDERATION ECONOMIQUE………………………………………………..61 RALOVARISOA Eric PROMOTION 2009 Mémoire de fin d’étude LISTE DES TABLEAUX LISTE DES TABLEAUX LISTE DES TABLEAUX LISTE DES TABLEAUX TABLEAU 1 : PROPRIETES GENERALES DES CHARGES POUR LES PLASTIQUES……………….5 TABLEAU 2 : OPERATION DE TOURNAGE DES PLASTIQUES COURANTS…………………………7 TABLEAU 3 : SOLLICITATIONS ET EFFORTS NON NULS CORRESPONDANTS…………………..37 TABLEAU 4 : PRIX MOYENS DES COMPOSITES PAR SECTEURS D’ACTIVITE…………………..59 TABLEAU 5 : PRIX MOYENS DES MATIERES PREMIERES…………………………….......................59 TABLEAU 6 : LISTE DES CARACTERISTIQUES DES DIFFERENTS RESERVOIRS………………..60 TABLEAU 7 : CARACTERISTIQUES DES MATIERES PLASTIQUES…………………………………...i TABLEAU 8 : MATIERES PREMIERES DES PLASTIQUES RENFORCES………………………….…iii TABLEAU 9 : CARACTERISTIQUES MECANIQUES DES RENFORTS……………………………...….v TABLEAU 10 : VALEUR A LA LIMITE DE QUELQUES RENFORTS…………………………………...v TABLEAU 11 : COMPARAISON DES DIFFERENTS ARCHITECTURES DES RENFORTS……….…vi TABLEAU 12 : CARACTERISTIQUES MECANIQUES DES MATRICES TD……………………...…..vii TABLEAU 13 : CARACTERISTIQUES MECANIQUES DES MATRICES TP………………………….vii TABLEAU 14 : COMPARAISON DES MATRICES TP ET TD…………………………………………...viii TABLEAU 15 : PRINCIPALES FONCTIONS DES DIFFERENTES CHARGES…………………………...ix RALOVARISOA Eric PROMOTION 2009 Mémoire de fin d’étude LISTE DES FIGURES LISTE DES FIGURES LISTE DES FIGURES LISTE DES FIGURES FIGURE 1 : uploads/Industriel/ ralovarisoaeric-espa-ing-10.pdf