Conditions expérimentales

2.2.3.1 Imagerie

Les essais de fatigue ont été menés sur la ligne d’imagerie ID19 de l’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility). Cette ligne offre la particularité d’avoir une distance entre

Figure 2.12 – Protocole expérimental de préparation des éprouvettes synchrotron. (a) Extraction par électroérosion de plusieurs éprouvettes, (b) Tomographie de laboratoire de chacune des éprouvettes, (c) Première sélection : suppression des éprouvettes contenant des défauts dans les congés de raccordement, (d) Maillage grossier de l’éprouvette et des pores & simulations EF d’une mise en charge, (e) Seconde sélection : suppression des éprouvettes concentrant les contraintes dans les congés, (f) Polissage manuel des éprouvettes restantes.

.

la source et l’objet supérieure à 145 m, ce qui permet d’avoir un faisceau avec une forte cohérence spatiale et donc d’être sensible au contraste de phase. Le tomographe "MR" (Moyenne Résolution) disponible sur la ligne a été utilisé. Il tire son nom de sa capacité à accueillir des dispositifs (ou échantillons) encombrant nécessitant de larges champs de vue et donc des tailles de voxels allant de 1 à quelques dizaines de micromètres. Les images ont été obtenues en faisceau "rose" à une énergie de 35 KeV avec une distance object/détecteur de 20 cm. La caméra était une CMOS PCO Dimax composée de 2016 pixels2_{, ce qui a}

permis (en accord avec les dimensions de nos échantillons) l’obtention d’une taille de voxel de 2,75 µm. Chaque scan a nécessité la prise de 2000 radiographies dans un intervalle de 45 secondes. Toutes les reconstructions ont été effectuées à l’aide du logiciel pyHST2 [MIR 14] (disponible sur la ligne ID19) après l’application d’un filtre de type Paganin. 2.2.3.2 Chargement mécanique

Le protocole de chargement développé pour les essais en synchrotron prend en compte les limitations des dispositifs expérimentaux mentionnées précédemment. Les principales étapes de l’installation de l’éprouvette et du demi-premier cycle de chargement sont les suivantes :

— Installation de l’éprouvette et déplacement du mors jusqu’à atteindre un effort de traction d’environ 40 N (≈ 10 MPa pour les éprouvettes de la première campagne d’essais).

— Chauffage de l’éprouvette jusqu’à la température désirée. La dilatation thermique provoque le déchargement mécanique de l’éprouvette.

Figure 2.13 – (a) Photographie du montage sur la ligne ID19. (b) Vue de l’éprouvette chauffée à 250°C telle qu’elle apparaît à travers l’une des lumières pratiquée dans les parois du four.

du volume initial. Cette pré-charge permet d’éviter tout mouvement parasite de l’éprouvette durant le scan.

— Mise en charge progressive de l’éprouvette comme indiqué sur la figure 2.14a. Cette phase est réalisée en plusieurs étapes puisque la mise en charge s’effectue manuelle-ment par serrage d’une vis (figure 2.8b) placée sur le dessus de la machine de fatigue [LAC 14].

— Lorsque la charge maximale souhaitée est atteinte, le déplacement du mors est blo-qué. Une phase de relaxation de la contrainte est alors observée. Le scan à charge maximale est effectué lorsque la force est stabilisée, c’est-à-dire après un temps de maintien de l’ordre de 300 secondes.

Dans la suite de l’essai, le déplacement du mors inférieur est automatisé. Le rapport de charge est fixé à R_σ = 0, 1 et la fréquence de cyclage est de 0,1 Hz. Les acquisitions sont réalisées à toutes les positions minimales et maximales lors des 5 premiers cycles (figure 2.14b). Cela permet d’acquérir avec certitude l’amorçage des fissures et de suivre le début

Figure 2.14 – Schématisation des 3 phases de chargement expérimentales à l’aide du dispositif de cyclage in situ : (a) mise en charge initiale, (b) protocole des 5 premiers cycles et (c) chargement réalisé entre le 5ème et le dernier cycle.

de leur propagation. Lors des cycles suivants, les acquisitions sont réalisées dans ces 2 positions tous les N cycles tel que schématisé sur la figure 2.14. Le nombre de cycles N entre deux scans est ajusté en fonction de l’évolution de l’endommagement observée sur les volumes reconstruits en temps réel. Le temps de faisceau étant limité, il est important de n’enregistrer que les volumes où l’endommagement s’est développé (où les fissures se

sont propagées significativement). La force F_max est constamment réajustée entre deux séquences de chargement afin de garantir un rapport de charge constant.

Des simulations EF (modèle élasto-viscoplastiques simple, sans terme de restauration dans l’écrouissage cinématique) ont été effectuées sur un maillage généré à partir d’une CAO de l’éprouvette schématisée sur la figure 2.10 afin de modéliser la phase de première mise en charge. Différentes conditions ont été testées : la vitesse de chargement, le nombre de paliers et le temps de maintien générant les phases de relaxation des contraintes. La figure 2.15 montre que la contrainte maximale atteinte lors de la première mise en charge ne dépend pas du nombre de paliers et permet de valider ce protocole. Cependant la vitesse de sollicitation est critique. Elle peut conduire à des surcharges qui peuvent endommager le matériau. Outre le premier chargement, qui du fait du pilotage manuel entraîne un temps de mise en charge relativement long, la vitesse de déplacement du mors est constante et correspond à une fréquence de 0,1 Hz.

Figure 2.15 – Simulations EF EVP de la mise en charge initiale à 250°C : (a) effet du nombre de paliers lors de la mise en charge et (b) effet de la vitesse de mise en charge sur la contrainte maximale. Les valeurs correspondent aux contraintes moyennes dans la zone utile dans la direction de l’application de l’effort. Les légendes (Txxx et Myyy) se lisent de la manière suivante : T pour traction, M pour maintien en position du mors et xxx (ou yyy) la durée (en secondes) de la phase précédente. Le maillage, la loi de comportement et le déplacement total appliqué sont les mêmes pour chaque simulation.