CHAPITRE 3 MÉTHODOLOGIE EXPÉRIMENTALE
3.6 Détection de l’orientation des fibres
L’évaluation de l’orientation moyenne des fibres dans les spécimens d’essais a été effectuée à l’aide d’un logiciel d’analyse d’images mis au point initialement par Lee (2009) et modifié par Delsol (2012). Ce logiciel permet de déterminer l’orientation des fibres à l’aide des ellipses formées par la section des fibres sur un plan de coupe. Les étapes de préparations des spécimens ainsi que les principaux concepts à la base de ce logiciel seront présentés dans les sous-sections qui suivent.
3.6.1 Préparation des spécimens
3.6.1.1 Sciage du plan d’analyse
Tout d’abord, les spécimens doivent être sciés à la zone d’analyse désirée. Ce plan de coupe est habituellement effectué à une distance d’environs lf/2 du plan de rupture. Cette distance est choisie
de sorte à être représentative du plan de rupture tout en étant assez éloignée de celui-ci pour éviter les zones où des fibres auraient pu être extraites de la matrice cimentaire lors de la réalisation de l’essai (Wille et al., 2014). Le sciage des spécimens est effectué à l’aide d’une scie à béton fonctionnant à l’eau. Lors du sciage, les effets thermique et mécanique causés par le contact entre la scie et la surface de béton entrainent l’apparition de bavures et modifient légèrement la section des fibres. Afin de corriger ces défauts, la surface des spécimens est corrigée à l’aide d’un polissage.
3.6.1.2 Polissage
Le polissage permet l’obtention d’une surface plane ainsi que la correction des bavures engendrées par le sciage. Le polissage est effectué en appuyant la surface d’analyse sur un plateau rotatif humidifié sur lequel de la poudre abrasive (carbonate de silicium 240 µm) est saupoudrée. Un exemple de polissage est illustré sur la Figure 3-12. Sur cette figure, une surface de béton avant et après le polissage est présentée.
a) b)
Figure 3-12: Surface de béton, a) Avant le polissage, b) Après le polissage
3.6.1.3 Augmentation du contraste
Une fois le polissage réalisé, la surface de béton devant être analysée par le logiciel de détection des fibres est soumise à une procédure d’augmentation du contraste des fibres. Cette procédure a pour principal objectif d’augmenter le contraste entre les fibres métalliques et la matrice cimentaire afin de permettre une détection adéquate des fibres lors de l’analyse d’image. Pour ce faire, la surface analysée est teinte de façon uniforme à l’aide de gouache qui ne présente pas de reflet à la lumière (gouache Studio de couleur noir ivoire) et elle est par la suite sablée finement à l’aide de papier sablé (papier sablé No200). Cette étape permet d’enlever totalement la gouache située sur les fibres sans toutefois enlever celle qui se trouve sur la matrice cimentaire. La Figure 3-13 ci- dessous présente une comparaison entre une surface de béton après le polissage et une surface de béton après la procédure d’augmentation du contraste des fibres.
a) b)
Figure 3-13: Augmentation du contraste entre les fibres et la matrice cimentaire, a) Avant l’application de gouache, b) Après l’application de gouache
3.6.1.4 Numérisation des surfaces d’analyse
La dernière étape de préparation à l’analyse de l’orientation des fibres consiste à numériser les surfaces de béton préparées selon les étapes décrites ci-dessus. Cette numérisation peut être effectuée avec un scanneur classique. Dans ce cas, un scanneur de type Lide 700F de la marque Canon a été utilisé et les images ont été numérisées avec une résolution de 2400 pixels par pouce. Étant donnée les sections réduites des spécimens étudiés dans ce projet de recherche (150 mm x 150 mm ou 100 mm de diamètre), la section entière des spécimens a été analysée.
3.6.2 Logiciel de détection des fibres
3.6.2.1 Concept
Le logiciel de détection des fibres a été conçu de sorte à reproduire le plus fidèlement possible les ellipses formées par les fibres présentent sur le plan d’analyse pour en déterminer l’orientation. Ce logiciel prend donc ces bases sur des relations géométriques reliant la forme d’une ellipse à l’angle de celle-ci par rapport au plan d’analyse. Ainsi, le logiciel détermine pour chacune des fibres détectées l’ellipse qui reproduit le mieux la périphérie de celles-ci. Une fois l’ensemble des ellipses déterminées, les grands et petits diamètres de chaque ellipse sont déterminés par le logiciel et sont ensuite utilisés dans l’équation 3.2 pour évaluer le coefficient d’orientation de chacune des fibres. Dans cette équation, df représente le diamètre des fibres en millimètre et α représente le coefficient
𝛼 = 𝑔𝑟𝑎𝑛𝑑 𝑑𝑖𝑎𝑚è𝑡𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑙′𝑒𝑙𝑙𝑖𝑝𝑠𝑒𝑑𝑓 (3.2) L’équation 3.2 permet ainsi de déterminer le coefficient d’orientation des fibres en fonction du
grand diamètre des ellipses formant la périphérie des fibres. Finalement, afin de valider que l’élément détecté par le logiciel est bel et bien une fibre, le petit diamètre de chacune des ellipses est comparé au diamètre réel d’une fibre. Si ces deux diamètres sont identiques, l’élément est accepté comme étant une fibre, dans le cas inverse l’élément est rejeté.
3.6.2.2 Précision
Selon les travaux de Delsol (2012), la quantité de fibres présente sur une section d’analyse est détectée avec une précision supérieure à 90 % pour les BRF. La précision sur l’orientation des fibres a aussi été évaluée, le logiciel a une précision variant de 75 % à 99 % en fonction de l’orientation réelle des fibres. Ce dernier résultat s’explique par le fait que les fibres présentant des orientations défavorables sont détectées avec une grande précision étant donné la grandeur de leurs sections, tandis qu’à l’inverse, lorsque l’orientation des fibres est favorable, la précision sur l’inclinaison de la fibre est moindre. En effet, la section des fibres bien alignées est très petite et est donc composé de peu de pixels ce qui réduit le degré de précision lors de l’analyse d’image.
3.6.2.3 Types d’erreurs
Lors de l’analyse d’images, plusieurs fausses représentations peuvent survenir. Par exemple, certaines fibres très rapprochées peuvent être considérées comme étant une seule et unique fibre (Figure 3-14a). Une fibre présentant une grande section peut parfois être considérée comme deux fibres de plus petites sections (Figure 3-14b). Finalement, la perte d’adhérence de la gouache sur certaines portions de la matrice cimentaire peut engendrer la détection de fausses fibres (Figure
Figure 3-14: Type d’erreurs possible lors de la détection de l’orientation des fibres, a) Mauvaise distinction entre deux fibres, b) Fausse détection d’une fibre présentant une