2.2 Étude des taux d’endommagement en surface
2.3.3 Évolution d’un réseau de fissures
Pour caractériser l’évolution d’un réseau de fissures en fonction du niveau de chargement, les mêmes zones d’une éprouvette sont observées pour plusieurs niveaux de chargement entre lesquels l’éprouvette est placée dans le dispositif d’observation microtomographique sous charge. Ceci implique de pouvoir retrouver la zone ob- servée à l’aide de points de repères qui peuvent être des traces de colle, des mines de crayon collées, ou même une jauge de déformation (la qualité de l’image sera moindre à cause de la forte absorption des rayons X par les éléments métalliques de la jauge, mais l’observation reste possible). En Figure 2.16 sont présentées trois radiographies à travers le plat de l’éprouvette (plan xy conformément au repère dé- fini en Figure2.4(a)). Cette vue permet de voir la superposition de tous les plis de l’éprouvette et des fissures qu’ils contiennent, elle est donc la plus appropriée pour caractériser des taux de croisement. On remarque également les mines de crayons collées au niveau des fissures préalablement repérées au microscope sur la tranche. La
radiographie (a) est à une résolution plus grossière (12 µm/pixel) et permet d’avoir une vue d’ensemble. Les radiographies (b) et (c) correspondent à la première image des deux scans de microtomographie qui ont été effectués pour ce chargement. Avec une résolution de 5 µm/pixel, ces deux radiographies donnent déjà un bon aperçu des fissures présentes dans l’éprouvette.
Pendant la série d’essais, la zone (c) a donc été scannée plusieurs fois en augmen- tant la déformation maximale appliquée εmax afin de propager le réseau de fissures
entre chaque observation. Les réseaux obtenus pour quatre chargements sont re- présentés en Figure 2.17. À partir des volumes reconstruits, on peut de nouveau observer l’éprouvette dans le plan xy (images de droite dans la Figure 2.17) pour compter les croisements, en bénéficiant de la plus grande richesse des images vo- lumiques par rapport aux radiographies, ainsi que de la possibilité de séparer les différentes interfaces entre les couches. Quelques croisements reconnaissables d’un chargement à l’autre sont indiqués sur les images par des lettres et servent de points de repère.
La morphologie des réseaux est conforme à celle décrite en Section 2.3.2 : des fissures apparaissent dans la couche centrale à −67.5°, accompagnées de fissures dans les couches simples à −67.5°. Pour le premier chargement, les fissures des couches simples sont d’une longueur de l’ordre de quelques épaisseurs de la couche, mais dès le deuxième chargement on remarque que plusieurs de ces fissures se propagent bien au delà (par exemple autour de C-E, et de D). Cependant, pour le deuxième chargement, les extrémités des deux nouvelles fissures dans la couche double (passant par D et E), présentent peu de croisements avec des fissures courtes. Ces dernières ne se développent qu’au chargement suivant, εmax = 1.12%, peut être en raison de
la proximité de la fissure A-B dans la couche double.
La Figure 2.17(f) correspond au même chargement que la radiographie (c) de la Figure 2.16 et permet de mettre en évidence la longueur voire la continuité des fissures dans les couches simples à +67.5°, qui n’était pas visible sur la radiographie. La propagation des fissures le long des lignes de défauts (amas de matrice, poro- sités) favorise l’alignement puis la coalescence des fissures dans les couches simples. Ces dernières peuvent ainsi croiser plusieurs fissures de la couche centrale à -67.5°. Notons également que le contraste de densité entre ces fissures et la matrice du composite est plus faible que pour les autres fissures : leur ouverture est à la limite de la visibilité pour cette résolution et donc probablement inférieure à 5 µm (la taille d’un pixel). On remarque que pour le dernier chargement (Figures 2.17(g) et 2.17(h)), les fissures sont moins ouvertes : par exemple, la continuité de la fissure entre C et E n’est plus aussi évidente que pour les chargements 2 et 3. La défor-
2.3. ÉTUDE DE LA LONGUEUR ET DE L’AGENCEMENT DES FISSURES AU CŒUR DU MATÉRIAU
(a) εmax= 1.06%, εobs= 0.62%. (b) εmax= 1.06%, εobs= 0.62%.
(c) εmax= 1.09%, εobs= 0.67%. (d) εmax= 1.09%, εobs= 0.67%.
(e) εmax= 1.12%, εobs= 0.73%. (f) εmax= 1.12%, εobs= 0.73%.
(g) εmax= 1.22%, εobs= 0.71%. (h) εmax= 1.22%, εobs= 0.71%.
Figure2.17 –Réseaux de fissures dans un stratifié [0/+67.5/-67.52/+67.5/0] pour quatre défor-
mations maximales, deux couleurs sont attribuées aux fissures pour différencier les deux interfaces [+67.5/-67.5] : la moitié [0/+67.5/-67.5] est en bleu et contient l’interface entre les couches 2 et 3,
mation imposée pour l’observation est pourtant plus élevée que celle du deuxième chargement (εobs = 0.71% contre εobs = 0.67%). Cela peut s’expliquer par l’aug-
mentation du taux de fissuration qui a pour effet de réduire leur ouverture pour un même niveau de déformation[Bois et al., 2014]. Entre le troisième et le quatrième chargement, une seule nouvelle fissure apparait dans la zone observée (repère H), mais dans l’éprouvette entière le taux de fissuration réduit a doublé.
Il est important de bien garder en mémoire que les observations réalisées par tomographie sont locales. En effet, en limitant les observations à une zone de 10 mm de coté, il est impossible de capter les effets de la variabilité mis en évidence par la Figure 2.9représentant la position des fissures sur 90 mm d’une éprouvette. Il reste donc indispensable de comptabiliser les espaces sans fissure. Cette opération peut être réalisée par mesure au microscope des taux de fissuration en surface, dans la mesure où l’on s’assure que ces taux de fissurations en surface sont représentatifs des taux de fissuration à cœur. C’est le cas pour la couche centrale de l’éprouvette [0/+67.5/-67.5]s dans laquelle les fissures observées à cœur débouchent à la surface.
Les arrêts de fissures dans la couche centrale tels qu’observés en Figure 2.17 sont marginaux et peuvent être vérifiés par observation des deux faces de l’éprouvette.
Enfin, il convient de signaler quelques anomalies présentes dans les images de la Figure 2.17. Pour le premier chargement, on remarque un anneau au centre de l’image, dû à une tache sur le capteur présente sur toutes les projections et restituée sous forme d’un anneau par la reconstruction de l’image en 3D à partir des pro- jections. Les coins plus foncés présents sur les images des chargements 1 et 3 sont également des artefacts typiques de la tomographie et sont dûs aux bord du faisceau conique de rayons X. La première image est plus bruitée que les suivantes et présente des lignes horizontales et une tache sombre sur le coté droit qui ne se retrouvent pas sur les images des chargements suivants. La jauge de déformation utilisée pour l’essai était initialement située dans la zone observée, elle a donc été enlevée pour les observations suivantes et remplacée par une autre hors du champ d’observation. Les images révèlent que des fibres du pli extérieur à 0° ont été délaminées par le retrait de la jauge, générant le délaminage présent sur les images 2.17(c) à 2.17(f) entre la couche 4 à +67.5° et le pli à 0° (dans la moitié du stratifié représentée en orange). Ce délaminage n’est pas visible sur les images du quatrième chargement car la zone observée est légèrement décalée par rapport aux chargements précédents. Le retrait de la jauge n’a pas eu d’incidence sur le taux de fissuration en surface : les trois fissures observées à cœur dans la couche double à -67.5° après le deuxième chargement étaient déjà présentes en surface au bord de l’éprouvette avant d’enlever la jauge.
2.3. ÉTUDE DE LA LONGUEUR ET DE L’AGENCEMENT DES FISSURES AU CŒUR DU MATÉRIAU