4.2.1 Architecture
Le but principal de ce travail est la compréhension de l’armure du tissu toile de lin mais cette étude peut également nous aider à comprendre les sources de porosité liées à ce tissu et par conséquent celles liées aux composites renforcés par ce type de tissu.
Après une observation attentive du tissu, nous avons dans un premier temps essayé de comprendre le tissage des mèches de trame et de chaîne, et l’entremêlement des fils entre eux. Nous avons réalisé un dessin à la main, sur feuille blanche, pour mieux illustrer le tissage de ce renfort. Sur la figure 4.1, on peut voir une vue zoomée du tissu à gauche ainsi que le dessin papier à droite, où la couleur verte montre les fils de chaîne et la rouge, les fils de trame. Ces deux images donnent un aperçu de l’architecture du tissu.
On peut facilement remarquer que le tissu est composé de fils de couleurs différentes. Dans un sens, on a des fils blancs et dans l’autre, des fils marrons/gris.
Dans le but de mieux décrire l’architecture du tissu, nous avons réalisé des observations optiques (à la caméra) sur celui-ci. Les résultats seront exposés dans la section 4.2.2.
(a) (b)
FIGURE4.1 – Vue zoomée (a) et dessin manuel du tissu toile de lin (b)
4.2.2 Observation optique
Les observations, réalisées à la caméra, ont été faites sur différents endroits du tissu. Elles ont porté sur les nœuds (lieu de croisement des mèches de chaîne et de trame), les mèches (paquet unitaire des fils) et les fils individuels qui forment le tissu. Ces différentes observations nous ont permis de bien com- prendre le mode d’entrelacement des mèches entre elles et des fils entre eux. Elles nous ont également permis de connaître les caractéristiques géométriques du tissu telles que l’espacement entre les mèches de chaîne et de trame et le diamètre d’un fil élémentaire.
Quant à l’épaisseur du tissu, elle a été déterminée par le biais d’une colonne de mesure destinée à estimer les épaisseurs des pièces. La valeur de l’épaisseur qui sera montrée un peu plus tard dans cette partie est une moyenne de toutes les valeurs obtenues suite à des mesures à différents endroits du tissu (environ une trentaine de mesures).
Les mèches sont tissées d’une manière très spéciale, comme le montre la figure 4.2b. Aussi bien au niveau de la chaîne que de la trame, les mèches, qu’elles soient grises ou blanches, sont composées de 5 fils.
(a) (b)
FIGURE4.2 – Dispositif montrant les observations optiques réalisées sur le tissu (a) et Image d’un nœud
élémentaire du tissu (b)
Sur cette figure, on observe l’entrelacement entre une mèche de chaîne et une mèche de trame. Le nœud est formé par 10 fils (5 dans le sens chaine et 5 autres dans le sens trame). Alors si nous désignons par « c » et par « t », respectivement, un fil de chaîne (sens vertical donc sur cette figure il s’agit du fil blanc) et de trame (sens horizontal, fil gris sur cette figure), on a un système : 2c-3t-3c-2t. Ceci signifie tout simplement que dans un premier temps 2 fils de chaîne flottent au-dessus, ensuite 3 fils de trame
passent en-dessous, puis 3 fils de chaîne passent encore en-dessous et finalement 2 fils de trame viennent en-dessous de tous les fils précédents pour fermer ainsi le nœud. Pour comprendre facilement ce que nous venons de décrire, il est nécessaire de lire la figure dans le sens de la profondeur.
La description précédente est particulièrement attribuée au nœud encerclé (en rouge), que nous observons sur la figure 4.2b.
Mais, d’une façon générale, que ce soit dans le sens vertical ou horizontal, on distingue une alternance du duo : (2c-3t-3c-2t)-(2t-3c-3t-2c) sur toute l’étendue du tissu.
Nous avons ensuite effectué des mesures grâce à un logiciel lié à la camera. Les premières mesurent donnent lieu à l’espacement se trouvant entre les mèches dans les deux sens du tissu.
Après cette étape, une quarantaine de fils ont été extraits dans chacun des sens du tissu, afin d’en connaître le diamètre. Des observations optiques ont donc été menées sur ceux-ci. Et les diamètres on été calculés. Les résultats ont montré que les fils ont la même grosseur, qu’ils soient blancs ou gris. Toutefois, il est important de signaler que les fils ne sont pas tout à fait homogènes en termes de diamètre. Donc, sur chaque fil, des mesures ont été faites tout au long. Pour le diamètre final retenu, une moyenne a été faite de toutes les mesures effectuées.
(a) Extraction des fils (b) Observation sur fil élémentaire FIGURE4.3 – Images montrant les observations réalisées sur les fils
À l’issu de cette étude, les résultats trouvés sont énumérés ci-dessous :
— diamètre du fil (sens chaîne et trame) : 0,374 mm avec un écart-type de 30% ; — espacement inter-mèches de chaîne : 0,866 mm avec un écart-type de 16% ; — dspacement inter-mèches de trame : 0,773 mm avec un écart-type de 14% ;
— épaisseur moyenne du tissu : 0,748 mm avec un écart-type de 8%. Ce dernier paramètre vaut deux fois le diamètre du fil.
4.2.3 Modélisation 3D
Avec tous les paramètres précédemment identifiés, nous avons réalisé une représentation 3D du tissu via le logiciel TexGen. L’objectif de cette modélisation volumique est de mieux présenter le tissu, d’es- timer son taux de remplissage et de mieux comprendre les sources de porosité dans les composites qui seront ultérieurement fabriqués. La figure 4.4 montre la représentation d’une maille élémentaire du tissu. Le taux de remplissage volumique lié à cette maille et donné par le logiciel est de 65%.
4.2.4 Essais de traction sur les fils
Afin de satisfaire notre curiosité par rapport à la différence de couleur observée dans les deux sens du tissu, nous avons réalisé essais de traction sur les fils de chaîne et de trame. L’objectif de cette démarche est de savoir si les deux fils ont le même comportement ou non.
FIGURE4.4 – Représentation 3D d’une maille du tissu de lin à armure toile, sous TexGen
La différence de couleur peut avoir pour origine des traitements de surface réalisés sur les fils. Ce traitement dont on ignore la nature, s’il a effectivement été réalisé, pourrait avoir une incidence sur le comportement des fils qui l’auraient subi.
Les tests ont été effectués sur une vingtaine de fils aussi bien dans la direction chaîne que trame. La longueur des fils est de 50 mm. Ces tests ont été réalisés à l’aide d’une machine de traction universelle de type MTS Criterion Model 43. Des mors sous forme de pince ont été montés sur la machine. Au cours des premiers tests que nous avons faits, nous avons assisté à un glissement des fils des mors lorsqu’ils sont mis en tension. Afin de remédier à ce problème, des morceaux de papier cartonné ont été utilisés. Ces morceaux de papier sont fixés aux extrémités des fils à l’aide d’une colle. Les fils, dont les bouts sont ainsi maintenus dans des papiers sont alors insérés dans les mors et les essais ont pu se dérouler normalement (figure 4.5).
FIGURE4.5 – Exemple d’un échantillon fil avant essai
Les essais ont été exécutés à une vitesse de 0.5 mm/min à température ambiante. Un capteur d’effort de 500 N a été utilisé pour la mesure des efforts alors que le déplacement des fils a été mesuré par la traverse de la machine vu qu’un extensomètre ne peut tenir sur les fils.
La figure 4.7 montre l’évolution de l’effort en fonction de l’allongement. Ces résultats montrent un comportement purement linéaire pour les deux fils avec une rupture assez nette. On observe cependant avec une différence de pente entre les fils. Ceci signifie que les fils dans le sens chaîne n’ont pas la même rigidité que ceux du sens trame. En ce qui concerne leur résistance, le fil blanc se montre légèrement plus
FIGURE4.6 – Montage des fils dans les mors de la machine
résistant que le marron. Le fil blanc affiche une valeur quasi égale à 12 N (11,97 N) tandis que le marron est à 10,08 N de résistance. On en conclut que les fils n’ont pas les mêmes propriétés dans les deux sens ; ceci pourrait être lié au traitement de surface appliqué à ces fils.