L’utilisation de l’émission acoustique n’est pas nouvelle mais son développement et son utilisation dans le bois n’ont pas connu le même engouement que pour les matériaux composites, du moins au début. Plusieurs champs d’investigation ont été explorés (Bucur, 2006).
L’inspection des arbres sur pieds. Grâce à l’EA, il est possible de déterminer si un arbre présente des défauts internes (cavités, pourriture, humidité importante), sans endommager celui-ci. Selon la nature et l’importance de ces défauts, une action d’abattage peut être envisagée.
Le contrôle du séchage du bois (Kowalski and Smoczkiewicz, 2004). Le séchage d’une pièce de bois modifie l’équilibre des contraintes internes. Une variation trop impor-tante de l’activité acoustique peut être le signe de l’apparition d’un endommagement. Il est ainsi possible de réduire la durée de séchage sans dégrader la qualité du matériau en jouant sur sa cinétique.
Le contrôle de l’usure des outils de coupe du bois.Dans une démarche de qualité, il est intéressant de déterminer assez tôt si les fers d’une machine outils sont usés. L’EA devient alors un élément de contrôle dans une chaine de production, et ce, dans le cadre de l’usinage traditionnel mais également de l’usinage à grande vitesse.
Le facteur d’instrument use de son expérience pour utiliser diverses essences de bois afin d’obtenir une sonorité spécifique tout en faisant de l’instrument un objet agréable à l’emploi et au regard. Depuis, des recherches ont été menées pour identifier les caractéristiques mécaniques du matériau qui peuvent aider à la compréhension de ces choix.
L’enregistrement de l’activité acoustique pendant des essais (Svobodova and Svoboda, 2012; Varner et al., 2012) et son analyse a postériori. L’émission acoustique étant une technique CND très prometteuse, il est donc logique de la retrouver lors d’essai mécaniques.
Figure 1.36: Comparaison du taux de restitution d’énergie et du taux d’énergie acoustique d’après (Landis and Whittaker, 2000)
Figure 1.37: Nombre de coups jusqu’à la force maximale, pour des résineux et des feuillus d’après (Reiterer et al., 2000)
Ceci s’explique par le fait que les résineux ont un comportement plus ductile. Une zone d’élaboration plus importante est présente en amont de la pointe de fissure et présente un grand nombre de micro-fissures. Il a également été mis en évidence que la différenciation entre la formation de microfissures et de propagation de fissure pouvait être réalisée sur la base des coups cumulés et des amplitudes acoustiques.
Apports de l’émission acoustique pour l’étude de la fissuration du matériau bois
Aicher (Aicher et al., 2001) a proposé une représentation de l’évolution des dommages dans des éprouvettes d’Épicéa, soumises à de la traction perpendiculairement au sens des fibres, grâce à l’EA. Une localisation 2D a été réalisée grâce à six capteurs disposés sur des surfaces planes opposées. Durant l’essai, un phénomène acoustique bien distinct a été localisé à un endroit qui coïncide à une zone, théoriquement, fortement sollicitée.
Ando (Ando et al., 2006) a examiné le processus de micro-rupture par cisaillement dans du vieux bois en comparant les caractéristiques des données acoustiques avec la faciès de rupture observé à l’aide d’un MEB. Le but de cette étude est de comprendre les phénomènes de déformation et de rupture ayant lieu. Les résultats obtenus indiquent que le nombre d’évènements acoustiques apparaissant à de faible niveau de charge est plus important dans du bois ancien que dans du bois jeune.
Chen (Chen et al., 2006) a utilisé l’EA pour suivre la rupture d’éprouvettes réalisées en feuillus et en résineux lors d’essais de fluage et de fatigue en torsion. Lors des essais de fluage, une activité acoustique a été détectée avant qu’une fissure ne soit visible à l’œil nu. Cela suggère que des micro-fissures ont été à l’initiation de la fissure visible. Cette constatation est corroborée par des observations microscopiques. Les feuillus ont produit plus d’évènements acoustiques que les résineux. Cette même activité est influencée par l’angle des fibres des éprouvettes. Lors des essais de torsion en fatigue, une augmentation de l’activité acoustique a été le signe de la l’apparition de micro-fissures.
Brunner (Brunner et al., 2006) a effectué des essais de traction sur deux types d’échantillons en stratifié. Les représentations cumulées de plusieurs paramètres acousti-ques, en fonction du temps ou du chargement, ont une allure exponentielle. La constante de temps de ces courbes (exponentielles) est dépendante du matériau. Nous retrouvons le même type de conclusion pour les matériaux composites.
Svobodova (Svobodova and Svoboda, 2012) a expérimenté l’EA comme outil d’évalua-tion de l’endommagement dans le bois. Différents types de chargements mécaniques (flexion à trois points, éprouvettes CT, etc.) ont été proposés pour trois espèces de résineux. Les essences de bois étudiées (Sapin, Épicéa et Pin) avaient des caractéristiques mécaniques différentes, en concordance avec le niveau d’activité d’EA. En outre, la détection de la position de la fissure dans les échantillons a pu être réalisée à l’aide de deux capteurs.
Dans une étude destinée à identifier les mécanismes à l’origine des sources d’EA, Varner (Varner et al., 2012) a utilisé une méthode aux éléments finis (FEM) pour générer une simulation d’essai de flexion trois points et ainsi estimer l’amplitude des sources ultrasonores. D’après la simulation, des signaux de forte amplitude sont supposés apparaitre dans l’échantillon à deux endroits : sous le point de chargement (pendant toute la durée de l’essai de flexion), et dans la partie en traction, au milieu de l’échantillon sur sa face inférieure (au moment de la rupture).
Analyse du processus de fissuration dans le bois sous sollicitations
mécanique et climatique : apports de l’EA Page 49/275
prévenir une éventuelle chute de performance mécanique ou sert elle à caractériser un état d’endommagement ? Les avancées réalisées en EA dans le bois suivent celles qui ont été réalisées dans les matériaux composites.
On peut considérer que le bois est un matériau composite (Ritschel et al., 2013), et que nous y retrouverons les mêmes types d’endommagements que l’on peut rencontrer dans ces matériaux.