Etude de solutions composites bio-sourcées respecteuses de l'environnement pour des applications dans le domaine de l'aviation légère
Institution:
Ecole centrale de NantesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The main objective of this research is to study the potential of using a bio-composite in the wings of a small acrobatic aircraft: the CRICRI. The use of sandwich materials (flax fibers/cork/epoxy matrix) for aeronautical uses cannot unless certain scientific and technological barriers are lifted. That is why this work has two aspects: a technological evaluation of the use of a bio-composite in the wings of the CRICRI, and a scientific evaluation of the dominant parameters affecting the mechanical properties of the bio-composite and the identification of the origin of the variation in these properties. The moisture content of fibers and the porosity of bio-composites are shown to be the main parameters and must be controlled in order to optimize the mechanical properties and limit their variation. From a technological point of view, the use of bio-composites in the light aircraft seems to be mainly limited by their weak behavior in fatigue. The biodegradability and the variability of bio-composites are not limiting factors, because on the one hand, the obligatory use of a physical barrier will limit biodegrability, and on the other hand, the choice of an appropriate process will limit the variation to acceptable levels. A comparative environmental analysis showed that the use of the bio-composite does not provide an environmental gain. The environmental impacts generated by the bio-composite were analyzed more precisely and the epoxy matrix, the process and the production of the flax fabric, have the greatest environmental impacts.
Abstract FR:
Le but de ces travaux est de faire progresser la connaissance sur les composites bio-sourcés afin de les qualifier comme une alternative crédible et d’avenir aux composites synthétiques, démarche appuyée sur l’exemple d’un avion de voltige présentant un cahier des charges sévère. L’utilisation de matériaux sandwich (fibres de lin/liège/époxy) ne peut être validée vis-à-vis des normes aéronautiques, que si certains verrous scientifiques et technologiques sont levés. C’est pourquoi ce travail a un double objectif : technologique par l’évaluation des possibilités d’utilisation offerte par un bio-composite dans le CRICRI, et scientifique, par l’étude des paramètres prédominants dans l’établissement d’une part, de leurs propriétés mécaniques, et d’autre part dans l’origine de leurs variabilités. L’humidité des fibres et la porosité des bio-composites se sont avérés être les principaux paramètres à maitriser pour optimiser les propriétés mécaniques des bio-composites et pour limiter leurs variabilités. D’un point de vue technologique, l’utilisation de bio-composites dans l’aviation légère semble être principalement limitée par leur faible tenue en fatigue. La biodégradabilité et la variabilité des bio-composites n’ont pas été pénalisantes, car d’une part l’utilisation d’une barrière physique, et d’autre part le choix d’une méthode de mise en œuvre appropriée, permettent de limiter fortement ces deux aspects. Une analyse environnementale comparative a enfin montré que l’utilisation du bio-composite n’induit pas un gain environnemental. Les impacts environnementaux, générés par le bio-composite ont été approfondis et révèlent que la matrice époxy, la mise en œuvre et la production du tissu de lin, en sont les principaux responsables.