Les composites

Mise en œuvre des matériaux : #4 Les composites

Les composites, ou matériaux composites, est un assemblage de différents matériaux. Généralement, il est composé de renforts (fibres) dans une matrice (liant). Le plus souvent, l’assemblage dispose de nouvelles propriétés mécaniques performantes que les matériaux de base ne possédaient pas eux-mêmes…

Partant de là, on peut par exemple dire que le bois est le premier des matériaux composites (cellulose et lignine) à avoir été utilisé et est toujours massivement présent dans nos constructions et produits.

Les composites les plus connus

Comme expliqué précédemment, le bois est le matériau composite naturel par excellence. Il propose des propriétés bien particulières liées à sa structure: lire l’article du blog sur le bois.

Le béton armé est un des matériaux composites les plus utilisés. Principalement présent dans la construction il lie les propriétés de compression du béton et de traction des barres d’acier. Le béton joue donc le rôle de matrice dans cette composition. A noté aussi, le béton fibré est un composite à base de béton avec des fibres de verre.

béton armé
Fondation d’un bâtiment en béton armé

Pour ce qui est des composites que nous connaissons le plus, il y a la fibre de verre. Surement la plus utilisée, elle présente un report qualité mécanique / coût très intéressant. On l’utilise dans différents domaines industriels comme le transport, le nautisme, différentes structures, l’ameublement…

Plus technique, la fibre de carbone présente des propriétés mécaniques plus intéressantes avec une moindre densité. Plus couteuse elle est donc utilisée sur des secteurs économiques plus spécialisés comme le spatiale et l’aéronautique, la compétition sportive ou les transports. Même si son usage se démocratise, son coût reste supérieur à celui de la fibre de verre.

carbone
Carrosserie en fibre de carbone

La fibre d’aramide est moins connue car elle s’adresse à des applications particulières : la balistique. Aussi appelée Kevlar sous marque commerciale, elle sert à protéger des impacts de projectiles. Cette fibre présente la particularité d’être très difficilement déchirable ou cassable. Ainsi lorsqu’un projectile arrive sur un tressage de cette fibre, il perd son énergie en essayant de passer entre les fibres. Il est généralement arrêté. Ces fibres peuvent être mixées avec des fibres de verre pour en augmenter la solidité en gardant la déformation pour certains usages.

Mises en œuvre de la matrice et de la fibre

Ces dernières fibres sont majoritairement utilisées sous trois formes :

  • En mat (fibres en vrac) que l’on trouve sous forme de plaques
  • Tressée que l’on trouve aussi sous forme de plaques
  • En projection, s’il s’agit de fibres courtes

Néanmoins, il existe d’autres manières de travailler les fibres dans un composite. Pour une meilleure structuration, on les aligne dans le sens voulu pour l’usage de la pièce. Ainsi, les fibres peuvent être enroulées (enroulement filamentaire) pour former des silos ou des tubes. Elles peuvent être extrudées (pultrusion) pour des pièces avec une section constante.

enroulement
Enroulement filamentaire d’une cuve

La fin de vie des pièces en matériaux composites

Ces matériaux ont pour but de se lier pour augmenter leurs propriétés. Ainsi, il est plus ou moins difficile de séparer les différents composants de cette nouvelle matière pour les recycler. Dans le cas du bois, ce n’est pas vraiment un problème, dans le cas du béton armé il faut trier les déchets lors de la déconstruction des bâtiments. Le plus compliqué reste pour les autres types de composites…

Déconstruction
Déconstruction d’un bâtiment

On peut voir de plus en plus de matériaux composites avec des fibres d’origines naturelles. Mais la plupart du temps réalisés à base de matrices classiques thermodurcissables (polyester ou époxyde) et ces matériaux sont difficilement recyclables et ne sont pas biodégradables. Pour ce faire, il faudrait utiliser des matrices biodégradables ce qui n’est toujours pas au point pour un usage industriel. On commence à voir apparaitre des voitures électriques de grande série avec un châssis en fibre de carbone. Cela permet une réduction de la consommation et ainsi une meilleure autonomie des batteries. Le concept est intéressant mais comment vieilliront ces modèles et comment les constructeurs gèrent-il la fin de vie de ces véhicules?

châssis carbone
Châssis en fibre de carbone d’une BMW i8

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