Adhésifs associés

Chaque procédé de renforcement est constitué d’un plat PRFC et d’un adhésif propre au plat composite étudié. Ainsi, deux types d’adhésifs sont utilisés dans cette étude. Il s’agit dans les deux cas d’adhésifs époxy bi-composants polymérisant à température ambiante : Foreva Epx SC980 (gamme Freyssinet) appelé adhésif A et Tyfo TC (gamme Fyfe) appelé adhésif C. La caractérisation de ces deux types d’adhésif a fait l’objet de deux types d’essais réalisés au laboratoire d’Autun (CEREMA, Direction Territoriale Centre-Est): un essai de traction uniaxiale sur haltère de colle et un essai DSC (Differential Scanning Calorimetry) de détermination de la température de transition vitreuse.

Les éprouvettes sont réalisées à l’aide d’un moule spécifique (remplissage manuel des moules) et dans les conditions environnementales de laboratoire (20°C, 60% HR). Deux séries d’éprouvettes ont ainsi été réalisées, l’une à partir de l’adhésif Foreva Epx SC980 (associé au procédé Freyssinet, on parlera dans la suite de procédé de renforcement MN), l’autre à partir de l’adhésif Tyfo TC (associé au procédé Fyfe, appelé procédé de renforcement UHM). Chaque série est constituée de 5 éprouvettes.

(a) (b)

Figure 24: Eprouvette haltère de colle: (a) Foreva Epx SC980; (b) Tyfo TC

Les essais de traction sur haltères d’adhésif ont été réalisés à l’aide d’une presse ZWICK à vitesse de déplacement imposée de 1mm/min. Les déformations de l’éprouvette au cours de l’essai sont enregistrées à l’aide d’une jauge de déformations collée au centre de la partie utile de l’éprouvette (cf. figure 24(b)).

Les caractéristiques principales moyennes (module d’élasticité et contrainte maximale) sont résumées dans le tableau 5. L’écart-type pour chaque mesure est indiqué entre parenthèses.

Adhésif Fournisseur Module d’Young

(MPa) Résistance Ultime (MPa) Allongement ultime (%) A Foreva Epx SC980 -Freyssinet 3653,6 (290,68) 21,45 (2,92) 0,46 (0,063) C Tyfo TC - Fyfe 2412,2 (56,08) 29,5 (0,75) 3,4 (0,98)

Tableau 5 : Caractéristiques mécaniques des adhésifs (essais de traction, DL Autun)

L’analyse des courbes de traction révèle un comportement élasto-plastique dans le cas de l’adhésif Tyfo TC et un comportement plutôt élastique fragile dans le cas de l’adhésif Foreva Epx SC980, à 20°C (cf. figure 25).

Figure 25: Courbes de caractérisation du comportement des adhésifs A et C de l'étude

L’adhésif Tyfo TC présente également un module élastique plus faible que l’adhésif Foreva Epx SC980. Cette différence de modules entre les deux adhésifs aura des conséquences sur les propriétés mécaniques de l’assemblage collé. En effet, une colle plus souple aura tendance à transférer les efforts sur une longueur plus importante, augmentant ainsi la longueur effective de collage et diminuant les niveaux de concentration de contrainte en bord de joint collé. Cette diminution des contraintes au niveau du bord chargé permettra un niveau de chargement à rupture plus important et augmentera alors la résistance ultime de l’assemblage collé. De plus, la plasticité de l’adhésif augmente considérablement la résistance à la rupture de l’assemblage collé. En effet, le comportement élasto-plastique de la colle devrait permettre une rupture de l’assemblage collé plus ductile que dans le cas d’un adhésif présentant une rupture finale fragile, en tenant compte du fait que la rupture ait bien lieu dans la couche d’adhésif (Chataigner et al., 2010).

L’analyse du faciès de rupture des éprouvettes haltères révèle une faible population de pores pour les deux types d’adhésif, ce qui témoigne d’une bonne réalisation des éprouvettes (cf. figure 26).

(a) (b)

Figure 26: Analyse des faciès de rupture des éprouvettes haltères de colle: (a) adhésif A; (b) adhésif C La détermination de la température de transition vitreuse de l’adhésif se fait via l’essai DSC (Norme NF-EN 12614) qui consiste à mesurer le flux de chaleur nécessaire pour maintenir le matériau à la même température qu’un échantillon référence, les deux échantillons étant soumis simultanément à une

augmentation de la température. On observe alors un saut de chaleur spécifique, associé à la température de transition vitreuse (le point d’inflexion de la courbe caractérise la Tg). La température de transition vitreuse marque ainsi le passage de l’état vitreux à l’état caoutchouteux de l’adhésif. Passée cette température, les propriétés mécaniques de l’adhésif sont fortement modifiées (pertes de performances adhésives et mécaniques).

Trois échantillons ont été réalisés puis testés (2 passages). La réalisation de deux passages permet de déterminer la Tg de la résine à l’état de mise en œuvre (1er passage) et lorsque celle-ci a atteint 100% de réticulation (2e passage, Tg,max correspondant à la résine). Les résultats de ces essais sont présentés dans le tableau 6 pour les deux adhésifs. Les courbes DSC obtenues sont quant à elles jointes en Annexe 1.B).

Tg (°C) Essai 1 Essai 2 Essai 3 Moyenne Ecart-type

Foreva Epx SC980 1er passage 53,78 52,54 49,15 51,82 1,96

2eme passage 54,68 52,76 52,11 53,18 1,09

Tyfo TC 1er passage 48,64 50,40 49,38 49,47 0,72

2eme passage 56,33* 52,87 51,32 52,10 0,77

*mesure écartée de la moyenne du fait de sa trop grande dispersion

Tableau 6 : Mesure de la Tg des différents adhésifs (essais DSC, DL Autun)

La connaissance des valeurs de température de transition vitreuse des adhésifs est importante dans le cadre de leur utilisation sur ouvrage. Un ouvrage métallique voit sa température évoluer en fonction des conditions environnementales auxquelles il est soumis. En été, lors de fortes montées en température et pour des zones d’ouvrage soumises à un ensoleillement important, les températures peuvent atteindre des niveaux élevés pouvant dépasser la Tg de l’adhésif constitutif de l’assemblage collé. Dans ce cas très préjudiciable, l’assemblage collé peut alors perdre jusqu’à 100% de ses capacités mécaniques et ce de manière irréversible (cf. Chapitre 1). Dans le cadre de cette étude, les adhésifs utilisés présentent des températures de transition vitreuse plutôt faibles. Leur utilisation sur ouvrages métalliques devra donc se faire dans des zones très faiblement ensoleillées et ne subissant pas d’élévation de température trop importante. Une autre solution dans le cas du renforcement de structures métalliques serait l’utilisation d’un adhésif présentant une température de transition vitreuse élevée capable de supporter des variations de température importantes.