Comparaison des méthodes de mesure du module élastique dans

Le module élastique du composite C/C 2,5D a été mesuré par trois méthodes expé- rimentales différentes. La méthode ultrasonore tout d’abord (Page 45), la compression monotone et cyclique (Page 49) et dans la présente section, par indentation sphérique. Les valeurs obtenues par chacune des méthodes sont résumées dans le Tableau II.10.

Méthode Module élastique Méthodes ultrasonores 12 200 à 14 800 MPa

Par compression 10 530 à 12 610 MPa Par indentation 10 330 MPa

TABLEAU II.10 – Comparaison des valeurs du module élastique dans l’épaisseur obtenues par différentes méthodes

Les trois méthodes donnent des modules élastiques du même ordre de grandeur. `A la dispersion typique des matériaux composites s’ajoute les spécificités de la technique employée. Dans le cas des méthodes ultrasonores, c’est le début du domaine élastique qui est mesuré. Il est souvent d’une pente plus élevée que celle de la fin du domaine. De fait, la valeur obtenue par cette méthode est plus élevée que celle calculée lors de l’exploitation des essais de compression qui est une moyenne sur le domaine élastique complet. Enfin, l’indentation sphérique est aussi une méthode qui moyenne le module élastique sur le domaine entier. La valeur fournie se situe dans la fourchette basse des modules E3 obtenus par compression. L’indentation est donc une bonne alternative aux essais en compression et à la méthode ultrasonore pour la mesure du module d’Young.

4. Conclusions du chapitre

Dans ce chapitre ont été présentés le matériau Carbone/Carbone étudié lors de ce projet et les essais mécaniques qui ont permis la caractérisation de son comportement en compression.

Le procédé d’élaboration est responsable d’un certain nombre de propriétés du matériau. Sa densité moyenne est de 1,827 et sa porosité ouverte a été mesurée entre 7 à 8 %. Même le pyrocarbone est fonction du procédé d’élaboration et est identifié comme laminaire rugueux par MOLP. Enfin, une première caractérisation des propriétés mécaniques du matériau est effectuée, par des méthodes ultrasonores. Les propriétés élastiques du matériau, dans les 3 directions de l’espace, sont déterminées. Elles mettent en évidence une symétrie des propriétés dans le plan d’empilement. Le matériau est donc isotrope transverse, avec pour axe de symétrie la direction d’aiguilletage.

Le comportement mécanique dans l’épaisseur du matériau a été caractérisé par des essais de compressions monotones et cycliques à contrainte croissante. Les essais monotones mettent en évidence les 2 domaines, élastiques et inélastiques du matériau C/C 2,5D. Le domaine élastique s’étend jusqu’à 100-120 MPa pour un module élastique de 11 500 MPa ± 1 000 MPa soit sensiblement égal à celui de la matrice seule. La rupture quant à elle intervient autour de 190 MPa ± 10 MPa. Les essais cycliques ont ensuite permis l’étude de l’endommagement progressif du matériau. Le paramètre d’endommagement d et son dual le taux de restitution d’énergie Yd sont calculés pour chaque cycle.

Ces valeurs et équations ont contribué à la proposition d’un modèle matériau et de son identification. Ainsi, le comportement cyclique en compression dans l’épaisseur du matériau C/C 2,5D est décrit de manière satisfaisante par un modèle élastique endom- mageable à écrouissage isotrope. Le couplage endommagement - plasticité introduit dans la formulation du seuil de plasticité permet une bonne représentation du comportement macroscopique caractérisé par des déformations résiduelles et une rigidification progressive du comportement lors des écrasements importants du matériaux.

Enfin, les essais d’indentation réalisés par une bille d’acier sur le composite C/C 2,5D ont permis de mesurer son module élastique transverse (de moyenne 10 330 MPa) et de comparer cette valeur avec celles obtenues par les essais de compression et par les méthodes ultrasonores. La bonne adéquation entre les différents modules a validé la pertinence de cette méthode sur un matériau composite pourtant sujet aux dispersions. L’avantage majeur de ce type d’essai réside dans le fait qu’il est non destructif et ne nécessite qu’un faible volume de matériau. C’est une méthode efficace et alternative à la mesure du module élastique.

Chapitre III

Matériaux et démarche

expérimentale pour l’étude

tribologique

Sommaire

1. Autres matériaux de l’étude . . . 66 1.1. La contre-pièce . . . 66 1.2. Le lubrifiant Turbonycoil 160 . . . 67 2. Présentation de l’équipement de tribologie . . . . 71 3. Méthodes de caractérisation des états de surface . . . 75 3.1. Observations au microscope électronique à balayage . . . 75 3.2. Caractérisation rugosimétrique . . . 77 3.3. Caractérisation tribologique – Procédure Multi-Vitesses Courts 79 4. Définition des états de surface de référence et application

des méthodes de caractérisation . . . 80 4.1. Caractérisation morphologique . . . 81 4.2. Caractérisation rugosimétrique . . . 83 5. Conclusion du chapitre . . . 85 Le matériau composite Carbone/Carbone dont le comportement mécanique a été étudié au Chapitre II est l’un des deux premiers corps utilisés dans les deux chapitres tribologiques de ce manuscrit.

Ce chapitre présente des éléments complémentaires à la compréhension de l’étude tribologique et la démarche expérimentale mise en place pour étudier la génération d’états de surface et leur caractérisation.

Dans un premier temps, ce chapitre introduit l’autre premier corps de l’étude (la contre- pièce) et ses caractéristiques, ainsi que l’huile minérale utilisée lors des essais lubrifiés. Dans un second temps, le moyen d’essai et les procédures tribologiques de modification d’états de surface sont présentés. Enfin, les états de surface dits « de référence » sont

introduits et justifiés. Les méthodes de caractérisation de ces états de surface en particulier et tous les états de surface en général sont décrites.

1. Autres matériaux de l’étude

Les premiers corps engagés dans les essais tribologiques sont le composite C/C 2,5D, présenté dans le Chapitre II, et une contre-pièce en acier. Le frottement est réalisé dans deux environnements différents (Fig. III.1). Sont décrits dans cette section la contre-pièce ainsi que le lubrifiant utilisés lors des essais tribologiques.

(a) (b)

Figure_{III.1 – Schématisation du triplet tribologique en (a) environnement sec (b) environnement} lubrifié