Étude des réactions des matériaux aux conditions environnementales fluctuantes dans une perspective d'applications en génie civil
Langue Anglais
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Modalités de diffusion de la thèse :
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Auteur : Palacios Santiesteban, Oscar Alejandro
Date de soutenance : 16-03-2022

Directeur(s) de thèse : Le Houérou, Vincent - Speck, Thomas

Président : Rühe, Jürgen
Rapporteur(s) : Rühe, Jürgen - Delorme, Nicolas
Membre(s) du jury : Vonna, Laurent - Lichtenegger, Helga

Établissement de soutenance : Strasbourg - Albert-Ludwigs-Universität (Freiburg im Breisgau, Allemagne)
Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
École doctorale : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
 
Discipline : Mécanique des matériaux
Classification : Physique, Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres : Caractérisation des matériaux, Conception structurelle, Assemblage, Actionnement, Réponse aux stimuli, Matériaux multicouches, Diffusion de l'eau, Conformation des chaînes de polymères, État métastable
Mots-clés :
  • Matériaux -- Détérioration
  • Génie civil -- Recherche
Résumé : Les mouvements autonomes des plantes provoqués par des stimuli externes tels que la lumière, la température et l'humidité relative sont des exemples fascinants de la nature qui peuvent inspirer la fabrication de systèmes d'actionnement révolutionnaires, capables de réagir en fonction des conditions environnementales sans utiliser d'énergie supplémentaire. Dans ce cas, le matériau fonctionne comme une roue qui entraîne l'actionnement, de sorte qu'aucune maintenance n'est nécessaire. La fabrication de tels assemblages nécessite une caractérisation rigoureuse des propriétés des matériaux qui affectent cette réponse, en particulier dans les films minces (en tirant parti du rapport surface/volume). Étant donné que l'actionnement dans les systèmes bicouches dépend principalement de leurs propriétés d'expansion, une modification de l'interféromètre de Michelson pour mesurer les coefficients d'expansion des films minces dans un environnement contrôlé est proposée. L'appareil est utilisé pour quantifier les coefficients d'expansion thermique et hygroscopique de thermoplastiques courants imprimés en 3D et d'un polysaccharide hydrosoluble principalement utilisé dans l'industrie alimentaire, le pullulan. Le comportement hygroscopique particulier de ce polymère naturel a conduit à étudier la conformation de sa chaîne en fonction de la température pendant la mise en solution. Ainsi, l'analyse par courbure expérimentale dans des bandes bicouches de pullulan, complétée par des mesures utilisant la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), a permis de concevoir une théorie expliquant le comportement non monotone de la capacité de gonflement de ce polysaccharide. La réponse à l'absorption d'eau de tous les matériaux testés a permis d'étudier la diffusion anormale dans l'alcool polyvinylique (PVA) et le pullulan. La cinétique pendant la sorption de l'eau de ces deux matériaux ne suit pas une diffusion fickienne typique. Au lieu de cela, le comportement est expliqué en considérant les phénomènes de relaxation pendant le processus. Dans le cas du pullulan, sa cinétique d'absorption d'eau est fortement affectée par les conditions de coulée et l'historique de sorption du matériau. L'assemblage de bandes bicouches de PVA et de pullulan a montré une limite lors de l'application du modèle de Timoshenko, le modèle mécanique classique pour décrire les réponses de flexion dans les systèmes bicouches. On a vu que le modèle de Timoshenko ne pouvait pas prédire correctement les courbures linéaires dans les films minces de matériaux hautement hygroscopiques. A l'inverse, il était pertinent d'appliquer un modèle différent qui prenait en compte le changement dimensionnel en pourcentage de la bande. Enfin, sur la base de la caractérisation réalisée au cours de cette recherche et des approches trouvées dans la littérature, la dernière partie de cette thèse détaille une description solide des facteurs nécessaires à prendre en compte lors de la conception et de la fabrication d'actionneurs autonomes pour des applications en architecture et en génie civil.
 
Type de contenu : Text
Format : PDF
 
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2022STRAD032
Type de ressource : Thèse