Utilisation de la spectrométrie infrarouge pour une quantification rapide du taux d’humidité dans des fibres végétales

International audienceIn the field of composite materials, natural fibres appear to be a viable replacement for glass fibres. However, in humid conditions, strong hydrophilic behavior of such materials can lead to high level of moisture absorption. This feature can result in a structural modification of the fibres and a modification of their own mechanical properties as well as those of the composites they are fitted in. Then, understanding moisture sorption mechanisms in these materials is an important issue for their efficient use. In this work, water absorption on three natural fibres (flax, hemp and sisal) studied qualitatively and quantitatively using non-invasive approach, i.e. Fourier transformed infrared spectroscopy. Fibres with different moisture content were prepared using climatic chambers, allowing strictly controlled hygrothermal ageing. The equilibrium water content were assessed by gravimetric measurement and determined for each relative humidity conditions (Relative humidity ranging from 30 % until 97 %). The principal chemical functions of fibres involved in the water absorption phenomenon were thereby identified and the water content of tested fibres was determined using a Partial Least Square Regression approach. The typical sorption isotherm curves described by Park model were clearly fitted, confirming the validity of our predictive model. Finally, this model has been applied for monitoring the water diffusion.Les fibres végétales sont une alternative possible aux fibres de verre utilisées classiquement comme renforts dans certains matériaux composites. En plus d’avantages environnementaux, leur faible densité leur confère des propriétés mécaniques spécifiques élevées. Cependant, leur comportement hydrophile marqué entraîne une forte absorption d’eau lors d’une utilisation en environnement humide, ce qui peut modifier leurs propriétés mécaniques. La compréhension de ces mécanismes d’absorption d’humidité est donc indispensable à leur maîtrise. Dans ce travail, l’absorption d’eau a été étudiée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier sur des fibres de lin, chanvre et sisal. Ces fibres ont été soumises à des conditions hygrométriques contrôlées. Les spectres infrarouges des échantillons ont été enregistrés en mode réflexion totale atténuée. Les informations spectrales ont permis de mettre en évidence les fonctions chimiques impliquées dans les mécanismes d’absorption de l’humidité et de quantifier le taux d’humidité retenu par les fibres. Pour cela, des modèles de régression partielle des moindres carrés ont été développés en exploitant des données expérimentales issues de mesures gravimétriques. Ces modèles se sont révélés de bons outils pour la caractérisation des cinétiques de diffusion de l’eau dans ces différentes fibres

Effet de l’érosion par des particules de sable sur la performance des pales d’éoliennes dans les zones arides et semi-arides

Cet article présente les résultats d’une recherche expérimentale visant à étudier la dégradation de la surface des pales d’éoliennes situées dans des zones arides causée par les impacts de particules de sable et l’influence qui en résulte sur leur performance énergétique. Les essais sont effectués dans une sableuse à érosion puis dans la soufflerie pour la pale en fibre de verre / polyester non revêtue sous différents angles et durées d’impact. Les forces aérodynamiques sur les profiles NACA 4412 sont déterminées expérimentalement. Tous les profiles (AR = 0,571) sont testés dans une soufflerie à une vitesse de l’air de 10 m/s au nombre de Reynolds 6.5×105. Les résultats montrent les différences de comportement détectées pour les échantillons avec T = 160s, T = 240s et T = 340s (quand Ra augmente) en les comparant avec l’échantillon lisse (T = 0s, Ra = 0,94). Les coefficients de force (CL et CD) montrent des changements significatifs qui conduisent à une diminution du rapport portance-traînée et donc une perte de performance notable

Nouvelle méthode de maintenance CBM pour améliorer la durée de vie des pales d’éoliennes implantées dans les zones arides

l’amélioration de la durée de vie des pales éoliennes opérant dans une région aride au-delà de sa durée de vie habituelle de 20 ou 25 ans oblige leur propriétaire à augmenter le nombre des inspections dans le cadre de la maintenance préventive sachant que les coûts de maintenance et d’arrêt d’une d’éolienne ont un impact direct sur la production totale et peuvent représenter jusqu’à 25% de l’énergie produite. Sachant que dans une région poussiéreuse, les pales sont soumises à une usure érosive qui contribue à la modification de la forme aérodynamique du bord d’attaque et réduit ainsi les performances de l’éolienne. Ce papier décrive et propose une nouvelle méthode de maintenance CBM pour améliorer la durée de vie d’une pale éolienne. Les résultats expérimentaux montrent que l’utilisation de cette méthode est très efficace pour détecter toute dégradation provoquée par l’usure érosive à la surface d’une pale pendant son service

Mesure et prédiction des déformations et contraintes résiduelles lors du refroidissement d’un stratifié composite thermoplastique

International audienceCooling of thermoplastic composite parts inevitably leads to the development of residual stresses, which may have negative consequences on the final part health. Modelling their development during cooling therefore appears as an interesting solution to optimize the process parameters and limit the stresses intensity. This study proposes a coupled model accounting for heat transfer, crystallization kinetics and mechanical behavior of thermoplastic composite laminate. This latter is treated according to the modified lamination theory, which is for the first time adapted to the study of a thermoplastic composite during cooling, with temperature dependent properties. This is made possible by the use of an incremental linear elastic law, which also accounts for the crystallization shrinkage and thermal expansion of the material. The model is applied to the study of an unsymmetric laminate, which leads to estimated stress and strain states. These latter are compared with experimentally measured strains, highlighting an excellent agreement which validates the proposed moLe refroidissement des pièces composites thermoplastiques durant leur mise en oeuvre mène inexorablement au développement de contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent être néfastes pour la santé finale de la pièce et il convient de prédire leur développement au cours du procédé afin d'optimiser celui-ci et ainsi limiter l'impact des contraintes sur le matériau. Cette étude propose un modèle de prédiction du développement des contraintes résiduelles au cours du refroidissement d'un composite thermoplastique à fibres continues de verre et matrice PA66. Celui-ci prend en compte les transferts thermiques, la cinétique de cristallisation ainsi que le comportement mécanique du composite au cours de son refroidissement. Ce dernier est traité à l'aide de la théorie modifiée des stratifiés qui est adaptée pour la première fois au refroidissement d'un composite thermoplastique dont les propriétés thermomécaniques varient avec la température. Ceci est rendu possible à l'aide d'une formulation incrémentale de la loi de comportement linéaire élastique, prenant en compte les retraits d'origine thermique et de cristallisation. Appliqué au cas d'un empilement asymétrique, le modèle permet de prédire contraintes et déformations résiduelles. Ces dernières sont comparées à des mesures expérimentales pour évaluer la fiabilité du modèle développédel

Cent scientifiques répliquent à SEA (Suppression des Expériences sur l’Animal vivant) et dénoncent sa désinformation

La lutte contre la maltraitance animale est sans conteste une cause moralement juste. Mais elle ne justifie en rien la désinformation à laquelle certaines associations qui s’en réclament ont recours pour remettre en question l’usage de l’expérimentation animale en recherche

A Solve-RD ClinVar-based reanalysis of 1522 index cases from ERN-ITHACA reveals common pitfalls and misinterpretations in exome sequencing

Purpose Within the Solve-RD project (https://solve-rd.eu/), the European Reference Network for Intellectual disability, TeleHealth, Autism and Congenital Anomalies aimed to investigate whether a reanalysis of exomes from unsolved cases based on ClinVar annotations could establish additional diagnoses. We present the results of the “ClinVar low-hanging fruit” reanalysis, reasons for the failure of previous analyses, and lessons learned. Methods Data from the first 3576 exomes (1522 probands and 2054 relatives) collected from European Reference Network for Intellectual disability, TeleHealth, Autism and Congenital Anomalies was reanalyzed by the Solve-RD consortium by evaluating for the presence of single-nucleotide variant, and small insertions and deletions already reported as (likely) pathogenic in ClinVar. Variants were filtered according to frequency, genotype, and mode of inheritance and reinterpreted. Results We identified causal variants in 59 cases (3.9%), 50 of them also raised by other approaches and 9 leading to new diagnoses, highlighting interpretation challenges: variants in genes not known to be involved in human disease at the time of the first analysis, misleading genotypes, or variants undetected by local pipelines (variants in off-target regions, low quality filters, low allelic balance, or high frequency). Conclusion The “ClinVar low-hanging fruit” analysis represents an effective, fast, and easy approach to recover causal variants from exome sequencing data, herewith contributing to the reduction of the diagnostic deadlock

Effect of cyclic hygrothermal conditions on the stresses near the surface of a thick composite pipe

International audienceIt is necessary to estimate the moisture concentration and the hygrothermal internal stress fields to evaluate the durability of thick composite pipes submitted to cyclic environmental conditions. After some time, the moisture concentration, induced by temperature and relative-humidity cycles, is permanent within the pipe and periodic close to the inner and outer surfaces. The hygrothermal stresses induced are computed by using the classical equations of solid mechanics and assuming a hygrothermoelastic orthotropic behaviour for every ply. The aim of this paper is to model the effects of the periodic boundary conditions on the hygrothermal stresses

A closed-form solution for the internal stresses in thick composite cylinders induced by cyclical environmental conditions

International audienceThe paper presents a new semi-analytical model to assess the internal stress field in cylindrical pipes due to cyclical temperature and humidity conditions. The solution applies to both thin or thick laminated pipes composed of orthotropic plies following Fick's diffusion laws. The only restriction put on those diffusion laws is that the Arrhénius activation energy should be ply independent. Firstly, the resulting time and space dependent moisture concentration field within the interior of the pipe wall is calculated. It is the sum of the permanent solution, due to the mean relative humidity conditions imposed on the two lateral surfaces of the pipe, and a cyclical vanishing solution. Secondly, the mechanical problem is solved leading to the full stress field solution over the pipe interior and close to the lateral surfaces. The final solution can be implemented in a friendly-user software to assess the combined effects of the pipe thickness, ply stacking sequence and transient service conditions over the internal stress field

Multi-scale analysis of fiber reinforced composite parts submitted to environmental and mechanical loads

The purpose of this work is to present various application of statistical scale transition models to the analysis of polymer-matrix composites submitted to thermo-hygro-mechanical loads. In order to achieve such a goal, two approaches, classically used in the field of modelling heterogeneous material are studied: Eshelby-Kröner self-consistent model on the one hand and Mori-Tanaka approximate, on the second hand. Both models manage to handle the question of the homogenization of the microscopic properties of the constituents (matrix and reinforcements) in order to express the effective macroscopic coefficients of moisture expansion, coefficients of thermal expansion and elastic stiffness of a uni-directionally reinforced single ply. Inversion scale transition relations are provided also, in order to identify the effective unknown behaviour of a constituent. The proposed method entails to inverse scale transition models usually employed in order to predict the homogenised macroscopic elastic/hygroscopic/thermal properties of the composite ply from those of the constituents. The identification procedure involves the coupling of the inverse scale transition models to macroscopic input data obtained through either experiments or in the already published literature. Applications of the proposed approach to practical cases are provided: in particular, a very satisfactory agreement between the fitted elastic constants and the corresponding properties expected in practice for the reinforcing fiber of typical composite plies is achieved. Another part of this work is devoted to the extensive analysis of macroscopic mechanical states concentration within the constituents of the plies of a composite structure submitted to thermo-hygro-elastic loads. Both numerical and a fully explicit version of Eshelby-Kröner model are detailed. The two approaches are applied in the viewpoint of predicting the mechanical states in both the fiber and the matrix of composites structures submitted to a transient hygro-elastic load. For this purpose, rigorous continuum mechanics formalisms are used for the determination of the required time and space dependent macroscopic stresses. The reliability of the new analytical approach is checked through a comparison between the local stress states calculated in both the resin and fiber according to the new closed form solutions and the equivalent numerical model: a very good agreement between the two models was obtained. The purpose of the final part of this work consists in the determination of microscopic (local) quadratic failure criterion (in stress space) in the matrix of a composite structure submitted to purely mechanical load. The local failure criterion of the pure matrix is deduced from the macroscopic strength of the composite ply (available from experiments), using an appropriate inverse model involving the explicit scale transition relations previously obtained for the macroscopic stress concentration at microscopic level. Convenient analytical forms are provided as often as possible, else procedures required to achieve numerical calculations are extensively explained. Applications of this model are achieved for two typical carbon-fiber reinforced epoxies: the previously unknown microscopic strength coefficients and ultimate strength of the considered epoxies are identified and compared to typical expected values published in the literature