Dans le cadre de la méthodologie appliquée lors des essais, on a défini les paramètres essentiels à prendre en compte dans le dimensionnement des cibles. On distingue les deux cas de cibles utilisées dans le cadre des essais de développement : les cibles monomatériaux et les assemblages.
3.2.1 Cibles Monomatériau
L’épaisseur des cibles est essentiellement pilotée par les phénomènes à mettre en évidence lors de l’essai. Parmi ces phénomènes, on identifie l’influence respective du chargement, des propriétés matériaux et des effets 2D sur la vitesse en face arrière.
— Caractérisation du chargement :
Lors des expériences de caractérisation du chargement, il convient d’utiliser des cibles fines (idéa- lement 50 − 100 µm). L’intérêt est de minimiser l’influence du comportement matériau et donc l’atténuation du choc se propageant dans la cible. Dans ces conditions, la courbe de vitesse de surface libre permet de mesurer l’"empreinte" de la pression d’ablation. En pratique, il faut aussi tenir compte des modulations du faisceau laser incident, dont l’influence peut perturber la mesure de vitesse de surface libre (v(t)) sur des cibles très fines. Ces aspects sont décrits plus en détail dans le chapitre 3. Pour cette étude, les essais de caractérisation du chargement sont menés sur des cibles d’aluminium de 50 - 200 µm, permettant ainsi d’identifier les configurations les plus favorables et les phénomènes limitants.
— Caractérisation du comportement matériau :
A l’inverse, la caractérisation du comportement des matériaux sous choc nécessite de maximiser les effets des propriétés matériaux sur le choc. Dans le régime de choc considéré, les effets du comportement mécanique et de l’hydrodynamique sont depuis longtemps reconnus comme prédo- minants sur l’atténuation des ondes de choc [122]. L’utilisation de cibles plus épaisses permet de mettre en valeur ces effets sur v(t) et de pouvoir donc discriminer les propriétés matériaux. Cette étape de caractérisation implique aussi de pouvoir identifier le comportement en endommagement (initiation, rupture, etc...) du matériau. Ce point implique de générer des contraintes de traction suffisantes et donc paradoxalement de limiter l’atténuation et donc l’épaisseur de matière traver- sée. Les installations et les configurations d’impulsion employées dans le cadre de cette étude nous poussent à utiliser des cibles d’épaisseurs différentes pour pouvoir caractériser ces deux aspects du comportement matériau. Par exemple, dans le cadre du TA6V4, dont la caractérisation sous choc est abordée dans le chapitre 4, la rupture du matériau n’est observée que pour des épaisseurs de 50 µm et la mise en évidence du comportement mécanique (précurseur, détentes élastiques), nécessite aussi d’utiliser des cibles de 250 à 500 µm. De façon plus générale, les cibles utilisées dans cette étude ont une épaisseur comprise entre 250 µm et 1 mm.
— Influence des effets bi-latéraux :
L’influence des effets bidimensionnels (2D) liés aux bords de tache focale a été mis en évidence sur des matériaux isotropes [123,124] et anisotropes [70]. Il est préférable de retarder l’apparition des effets 2D sur la mesure de vitesse en face arrière afin de simplifier l’interprétation des signaux. Sur les matériaux métalliques isotropes étudiés ici, il est communément admis que le rapport Rayon de tache focale/Epaisseur doit être supérieur à 3, ce qui permet d’identifier les propriétés en endom- magement du matériau en conditions monodimensionnelles. Le dimensionnement des matériaux composites anisotropes est significativement plus complexe vis à vis des effets bidimensionnels. Les détails de leur caractérisation sont abordés dans le chapitre 3.
N.B. : La mesure de l’épaisseur des cibles et la précision qui y est associée sont prédominantes dans la démarche de caractérisation du comportement matériau. L’utilisation d’un micromètre de type Palmer (résolution +/1 µm) présentant un capteur à petit rayon de courbure permet de connaitre l’épaisseur des cibles et donc la vitesse de propagation des ondes de choc à quelques % près. Dans le cas des cibles d’alu- minium pur très fines, la réalisation de coupes micrographiques peut être nécessaire pour définir l’épaisseur de la cible avec précision.
Les dimensions latérales des cibles sont essentiellement fixées par les contraintes relatives à l’instal- lation laser utilisée et plus spécifiquement au système de fixation de l’échantillon. L’utilisation de porte- échantillons sur les installations GCLT et Hephaistos limite ces dimensions respectivement à 8 mm et 20 mm. L’influence de la découpe, des potentiels défauts qu’elle pourrait induire et de leur influence sur les résultats est alors un paramètre important à prendre en compte, notamment pour le cas des matériaux composites qui sont facilement sujets à des délaminages induits par usinage [9,10]. Il est aussi possible d’aménager la zone de tir afin d’utiliser des cibles de taille plus importante, permettant d’effectuer plu- sieurs tirs sur un même échantillon. Pour ce type de configuration, il convient de prendre en compte l’influence potentielle d’un endommagement généré par un tir sur les autres tirs. Les dimensions latérales de ces échantillons sont donc définies à partir du nombre de tirs par échantillon et de la taille des endom- magements qui peuvent être générés. Concernant ce dernier point, il faut noter que les dimensions des délaminages induits par choc peuvent être supérieures à celles de la tache focale.
3.2.2 Assemblages collés
Dans le cas des assemblages collés, plusieurs facteurs sont à prendre en compte dans la définition de l’épaisseur des différentes couches. On distinguera dans ce cas les deux cas d’application du procédé LA- SAT : la caractérisation d’interfaces et le CND d’assemblages collés. Dans ce dernier cas, l’épaisseur est fixée par les dimensions caractéristiques de la pièce à tester.
Dans l’optique de caractérisation, le choix des épaisseurs respectives des sustrats et de la colle doit permettre de répondre à deux objectifs :
— Sollicitation de l’interface ciblée :
La caractérisation mécanique implique de pouvoir rompre l’interface ciblée. L’épaisseur de substrat et de colle doit donc être ajustée en fonction des capacités de l’installation laser utilisée. Des épaisseurs plutôt fines favorisent le décollement dans des configurations courtes impulsions/faible intensité typiques des sources laser utilisées.
— Détection des décollements :
Afin de définir le seuil de décollement d’un assemblage, il faut pouvoir identifier l’apparition d’une surface libre dans l’assemblage par vélocimétrie ou par les techniques post-choc, présentées précé- demment. L’épaisseur peut être adaptée selon le diagnostic de référence choisi pour établir le seuil de décollement. Ainsi en choisissant des épaisseurs de substrats et de colle plutôt fines, on favorise la détection de décollements par vélocimétrie, comme démontré précédemment [77]. A l’inverse, la détection par ultrasons est facilitée dans le cas d’assemblages d’épaisseur plus importante.
Les cas d’assemblages collés traités dans cette étude et décrits dans le dernier chapitre présentent des épaisseurs variant de 1, 5 mm à 6 mm. Ces épaisseurs millimétriques ont essentiellement été définies à partir des géométries applicatives définies dans le projet. Dans cette thèse, une démarche a donc été mise en place pour adapter l’intégralité de la chaine expérimentale à ces caractéristiques.
La définition des dimensions latérales des assemblages est soumise aux mêmes contraintes que celles des cibles monomatériau présentées précédemment. Il faut toutefois noter que dans certaines conditions
les décollements générés par choc laser peuvent présenter des dimensions supérieures à celle de la tache focale, tout comme les délaminages. Ce point est typique des décollements sur collages faibles présentant une rupture adhésive.