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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Biopolymères Interactions Assemblages

Modélisation mécanique multi-échelles de matériaux et aliments amylacés par la méthode des éléments finis

Simulation de test mécanique

Afin de favoriser l’interprétation de la texture de produits céréaliers ou le renforcement de matériau composite à base de biopolymères,  l’adhésion est étudiée par nano-indentation; outre la confirmation de la faible adhésion entre constituants, la simulation de ce test par un modèle numérique éléments finis (FEM), démontre la discontinuité de la déformation à l’interface [20]. La présence de défauts d’adhésion permet d’expliquer la différence entre les modules élastiques calculés par un modèle FEM appliqué à des microstructures virtuelles de ces mélanges biphasiques et les résultats mesurés par flexion 3 points [3]. L’introduction dans le modèle numérique d’une région interphase, définie par son module et son épaisseur, fonctions de la teneur en zéine, permet d’ajuster les résultats expérimentaux des modules de composites [12]. L’effet explicite de l’interface est implémenté à l’échelle de la microstructure pour remonter aux propriétés effectives du composite [6]. Même si celles-ci ne peuvent être généralisées à l’échelle macroscopique à cause de l’hétérogénéité structurale, l’ensemble de ces résultats ouvre la voie à la conception de microstructures de matériaux composites à base de mélanges de biopolymères ayant des propriétés mécaniques visées.

   

Modélisation mécanique multi-échelles

  

Pour des mêmes compositions, l’obtention expérimentale de produits aux structures alvéolaires différentes mais de même densité est encore un défi. Aussi leur comportement mécanique est-il simulé, grâce à la modélisation numérique (FEM) à partir de structures alvéolaires tomographiées, ou virtuelles élaborées par empilement séquentiel aléatoire (RSA) de sphères, pour déterminer l’impact de cette caractéristique sur le module élastique, ce qui permet d’enrichir le modèle des solides cellulaires (Gibson-Ashby), et de montrer que l’hétérogénéité alvéolaire accroît, pour une porosité imposée, la rigidité mécanique de mousses alimentaires, comme dans le cas de mies de pain [21] et des amidons extrudés [34]. La même démarche, appliquée à des structures alvéolaires anisotropes, présentes dans les produits extrudés [x1], souligne l’importance de l’orientation et de la forme des alvéoles sur les propriétés élastiques [5, 22].