Polymères renforcés de fibres (FRP) - Identification et champs d'application

1 - Grandes familles pour la construction

• 1.1 - Situation
  Figure 1 - Micrographie d'un FRP unidirectionnel Figure 2 - Différentes configurations d'amures textiles Figure 3 - Divers mécanismes de rupture d'un composite unidirectionnel Figure 4 - Différents modes de rupture en fonction de l'adhérence fibre/matrice Figure 5 - Différentes géométries de composites pultrudés et exemples d'applications structurelles
• 1.2 - Diverses formulations de FRP
  Figure 6 - Performances des composites – Résistances et modules spécifiques Figure 7 - Différentes lois de comportements des fibres Figure 8 - Principe de traitement de surface de fibres de verre lors de la fabrication des filaments Figure 9 - Durabilité en milieu cimentaire de verre AR (Crédit Owens-Corning) Figure 10 - Procédés de fabrication fibres de carbone Figure 11 - Différentes configurations de microstructure de fibres de carbone Figure 12 - Fibres d’aramide Figure 13 - Procédé de fabrication des fibres de basalte (Crédit Technobasalt) Figure 14 - Différentes productions de fibres de basalte (Crédit Composite World) Figure 15 - Différentes configurations d'armures textiles Figure 16 - Paramètres essentiels influençant les propriétés des polymères thermodurcissables Figure 17 - Comportement viscoélastique et modèle rhéologique des polymères vis-à-vis du fluage (avant t 1 fluage, après t 1 recouvrance) Figure 18 - Mesure des modules complexes de la résine époxy en fonction de la température, ou de la fréquence, à partir d’un visco-élasticimètre Figure 19 - Différence de lois de comportement entre traction et compression Figure 20 - Influence de la vitesse de chargement ou de la température sur les lois de comportement en traction des polymères Tableau 1 Tableau 2 Tableau 3
• 1.3 - Exemple de produits industriels
  Figure 21 - Différentes sections géométriques de barres composites pultrudés Figure 22 - Courbe contrainte/déformation de différentes armatures composites pour le béton armé Figure 23 - Différentes configurations de plats pultrudés composites pour renforcement par collage de structures béton armé, métalliques et bois Figure 24 - Diverses géométries de profilés composites industriels Figure 25 - Exemples de tissus techniques pour stratification au contact ou infusion de composite Figure 26 - Banc de pultrusion (Crédit Schoek-combar) Tableau 4 Tableau 5 Tableau 6 Tableau 7 Tableau 8 Tableau 9
• 1.4 - Différents cas d’application en génie civil
  Figure 27 - Exemple de différentes sections de tabliers de ponts pultrudés Figure 28 - Structure mixte béton/composite pour tabliers de pont Figure 29 - Exemple de ponts mettant en œuvre des tabliers composites de différentes portées en Corée Figure 30 - Pont ou passerelles en composites pultrudés Figure 31 - Exemple de prototype de pont (portée 6 m – 15 m) pour chemin de fer en structure FRP pultrudé Figure 32 - Enveloppe de protection « enclosure system » en composite pour limiter la dégradation d’ouvrages en béton ou acier Figure 33 - Joncs pultrudés pour réalisation de haubans Figure 34 - Câbles de précontrainte en composite (8 plats aramide de 20 × 5 mm) pour une passerelle pour piétons (MITO Japon (portée 54 m)) (Crédit Sireg) Figure 35 - Armatures pultrudées passives de renforcement du béton (Crédit Nefmac) Figure 36 - Exemple d’armatures composites pour constructions provisoires (tunnels, de pieux et de piles) (Crédit Sireg) Figure 37 - Tirants d’ancrage en composites pour travaux de renforcement (Crédit Sireg) Figure 38 - Différentes situations nécessitant le renforcement des ouvrages Figure 39 - Diverses situations de réparations (Crédit Sireg) Figure 40 - Confinement de poteaux par drapage et imprégnation de tissus composites (Crédit Sireg) Figure 41 - Renforcement de poutres vis-à-vis de l'effort tranchant (Crédit Sika) Figure 42 - Types de structures concernées Figure 43 - Domaines d’applications du renforcement Figure 44 - Répartition du marché de la réparation (fibre de carbone) par type d’ouvrages au Japon Figure 45 - Répartition du marché de réparation (verre alcali résistant) au Japon Figure 46 - Réparation de maçonnerie par composite

2 - FRP comme armatures passives pour béton armé

• 2.1 - Armatures composites
  Figure 47 - Lois de comportement en traction Figure 48 - Traitement de surface des armatures composites et formage des sections d’abouts pour assurer l’ancrage (Crédit Pultrall et Schoeck-combar) Figure 49 - Schéma de l’essai d’arrachement direct Figure 50 - Essais d'arrachement de barres composites (Crédit Schoek-combar) Tableau 10 Tableau 11
• 2.2 - Calculs prévisionnels des propriétés de composites pultrudés unidirectionnels
  Figure 51 - Coupe schématique d’un composite unidirectionnel Figure 52 - Influence de la loi de comportement de la matrice sur les propriétés du composite UD Figure 53 - Notion de pourcentage critique dans les composites UD Figure 54 - Repère de calcul pour les propriétés hors axes Tableau 12 Tableau 13 Tableau 14
• 2.3 - Durabilité des FRP
  Figure 55 - Comparaison de la tenue à la corrosion (Crédit Pultrall) Figure 56 - Comparaison de la tenue à la fatigue (Crédit Pultrall) Figure 57 - Principe de construction d'une courbe maîtresse pour une température de référence TR par application du principe d'équivalence temps/température Figure 58 - Montage expérimental de fatigue pour armatures composites collées sur béton Figure 59 - Exemples de courbe de Wöhler pour évaluer la fatigue d’armatures FRP Figure 60 - Variation du coefficient R10 et de la résistance en traction à 1 000 h pour deux formulations de composites et une condition d’environnement (ciment Portland humide) Tableau 15 Tableau 16 Tableau 17 Tableau 18 Tableau 19 Tableau 20
• 2.4 - Lois de comportement et valeurs caractéristiques
  Figure 61 - Loi de comportement du composite Tableau 21

3 - Conclusion générale