Proposé dans le cadre d’une triple collaboration entre le Centre de Recherche en Science et Technologie de l'Information et de la Communication (CReSTIC) de l'Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA), le Laboratoire d'Ingénierie et Sciences des Matériaux (LISM) de l'Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA) et le Laboratoire Electronique et Télécommunication (LET) de l'Université Mohammed 1er, ce projet a pour objectif d’associer les compétences de ces laboratoires, le traitement du signal pour le CReSTIC et le LET et la caractérisation de l’endommagement des agro matériaux composites pour le LISM. Le travail de cette thèse consiste à développer une méthode de Contrôle Non Destructif CND) par Emissions Acoustiques (EA). En effet, durant le processus de dégradation des matériaux composites (sollicitations mécaniques, vieillissement), plusieurs mécanismes d’endommagement à l’échelle microscopique peuvent intervenir selon la nature du composite et de ses constituants (fibres et résine). L’EA permet d’analyser et d’identifier plus en détails ces mécanismes d’endommagement, à l’aide d’une classification. Cette méthode de classification sera basée sur l’utilisation de méthodes à noyaux (typiquement séparateur à vastes marges) dans le domaine temps-fréquence. Il s’agira de déterminer un (ou des) noyau(x) adapté(s) au problème posé, basé sur une mesure de similarité entre les signaux. Ce travail permettra ainsi d’analyser et classifier les mécanismes d’endommagement sans emploi de descripteurs. Cette nouvelle méthode de CND par EA permettra de fournir des informations pertinentes et de vérifier efficacement la fiabilité et l'état de santé en temps réel de structures en service, sans perturber l'exploitation tout en réduisant les coûts de maintenance. / The aims of this thesis consists in developing a method of Non-destructive testing (NDT) by Acoustic Emissions (AE). Indeed, during the process of degradation of composite materials several mechanisms of damage in the microscopic scale can intervene according to the nature of the composite and its constituents (fibers and epoxy). AE allows to analyze and to identify more in detail these damages mechanism, by means of a classification. This method of classification will be based on the use of kernel methods in the time - frequency domain. It will be a question of determining one adapted kernel in the proposed problem. This work will so allow to analyze and to classify mechanisms without using descriptors.

Dans cette étude doctorale, nous proposons d’étudier la durabilité de deux matériaux composites à matrices thermodurcissable et thermoplastique renforcées par des tissus sergé de lin. Nous analysons d’abord la cinétique de diffusion d'eau dans les deux composites par identification de leurs paramètres de diffusion 3D, via une approche d’optimisation basée sur les modèles de Fick et de Langmuir 3D. Nous étudions ensuite l’effet de plusieurs paramètres géométriques et l’orientation des fibres sur la cinétique de diffusion d’eau au sein des deux composites. Nous analysons par la suite l'effet du vieillissement hydrique sur leurs propriétés élastiques et à la rupture. Enfin, nous proposons une analyse numérique par éléments finis de la diffusion d’eau au sein des deux composites et de leur comportement hydro-élastique. Nous estimons ainsi les paramètres de diffusion de la fibre de lin et des matrices à travers une approche numérique inverse, en décrivant la section et l’ondulation des mèches de lin au sein des deux matériaux. Nous montrons en particulier que les composites non vieillis présentent un comportement mécanique proche de l'effet Kaiser. Cependant, les composites vieillis présentent clairement un effet Felicity, ce qui indique la présence significative d’endommagements induits par l’absorption d'eau. Nous affirmons enfin que l’analyse numérique permet d’identifier d’importantes concentrations de contraintes pouvant induire des endommagements microstructuraux au sein des composites étudiés. / In this thesis work, we study the durability of two twill flax fabrics reinforced thermosetting and thermoplastic composites. Firstly, the diffusion behaviour of these composites is investigated by identifying their 3D Fick’s and Langmuir’s diffusion parameters using an optimization algorithm. The influence of several geometric parameters and fibre orientation on their 3D moisture diffusion is also studied. Then, we analyse the effect of water ageing on their elastic and failure properties. Finally, a numerical finite element analysis is performed in order to study their diffusive and hydro-mechanical behaviour. The water diffusion parameters of the flax fibre and the used resins are estimated by a numerical inverse analysis exploiting experimental water uptake data. The heterogeneity of the studied composites is considered by modelling the twill weave fabrics undulation of their unit-cell. In particular, the mechanical behaviour of the unaged composites is found to exhibit a Kaiser effect contrary to the aged materials which exhibit a significant Felicity effect synonymous of substantial damage induced by water ageing. Besides, it is found that high mechanical stress concentrations are developed at the fibre-matrix interface, which could cause damage initiation and lead to the final composite failure.

L’objectif de ce travail est d’étudier l’effet de différents types de vieillissement sur le comportement mécanique en traction de matériaux composites à fibres de lin et de verre et hybrides lin-verre. L’effet de plusieurs types de vieillissement a été d’abord analysé dans le cas de matériaux composites stratifiés à fibres de lin. Cette étude a permis de suivre l’absorption d’eau dans ces matériaux, et de déterminer leurs paramètres de diffusion en utilisant les modèles de Fick 1D et 3D. Ces paramètres ont été estimés en utilisant une procédure itérative développée à l’aide du logiciel Matlab. Ensuite, une caractérisation des propriétés élastiques et ultimes, à partir des essais de traction des matériaux composites non vieillis et vieillis a été réalisée. Dans le but de réduire l’absorption d’eau et d’améliorer les propriétés mécaniques des composites à fibres de lin, l'hybridation des renforts sergé lin-verre a été choisie. Après l’analyse du comportement mécanique des différents matériaux, l’identification des mécanismes d’endommagement est ensuite menée en utilisant une méthodologie associant la technique d’émission acoustique (EA) et des observations microscopiques. Les signaux d’EA ont été analysés, en considérant une analyse multivariable avec le Logiciel Noesis. La dernière partie aborde une 1ère étape de la modélisation des propriétés élastiques des composites hybrides lin-verre. A partir d’une décomposition de la cellule de base, l’application de la théorie des stratifiés a permis de déterminer les propriétés élastiques du composite en fonction de ses constituants (fibres et matrice) en tenant compte de la géométrie de l’armure. / The main objective of this work is to study the effect of several ageing processes on the tensile mechanical behaviour of flax-glass fibres non-hybrid and hybrid composite materials. First, the effect of several types of ageing was analysed in the case of flax fibre reinforced composites. This study enabled to determine the diffusion parameters of these materials by using 1D and 3D Fick’s model. For this purpose, an analytical modelling was applied, using optimisation toolbox of Matlab. The second part aims at analysing the tensile mechanical properties of the unaged and aged composite materials. With the aim to improve the mechanical properties as well as the moisture resistance behaviour of flax fibre reinforced composites, hybridation of twill flax-glass fibres was proposed. Next, the Acoustic Emission (AE) technique combined with scanning electron microscopy observations was used to identify the damage events leading to overall failure of the studied composites. The AE signals obtained during mechanical tensile tests were analysed and classified using a non-supervised method with Noesis Software. The last part is devoted to the first step in determining the elastic behaviour of flax-glass hybrid composites. By discretizing the unit-cell of the composite, the use of the classical thin laminate theory made it possible to determine the elastic properties of the composite, considering constituents (resin and fibres) and microstructure geometry.