Essai thermique (ET) .1 Étalonnage des équipements .1 Étalonnage des équipements

Pour s’assurer d’obtenir des résultats rigoureux, il est nécessaire d’effectuer un étalonnage des thermocouples et des jauges. L'étalonnage des thermocouples est réalisé à trois températures (-25, 0 et 25°C) dans un bain d'eau ou d’eau-alcool.

L’étalonnage des jauges est particulièrement important puisque la résistance électrique de celles-ci varie non seulement avec la déformation du matériau, mais également avec la température. La déformation liée à la variation de la résistance électrique due uniquement à la température est nommée "déformation apparente" pour la distinguer de celle liée à la variation générée par les efforts induits au matériau et désignée "déformation mécanique". Tel qu’énoncé dans la note technique NT 504 (Vishay, 2008b), la déformation apparente est due notamment à :

1) Variation de la résistivité de l’alliage constituant la jauge qui varie avec la température ; 2) Dilatation différentielle existant entre la jauge et le matériau à tester.

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L’établissement de la correction de la déformation apparente des jauges est établi expérimentalement selon la note technique TN 513 de Vishay (2007), la norme ASTM E 251-92 (ASTM, 2003a) et les travaux de Finke et coll. (1978), et décrite en détail à l’ANNEXE IV.

2.5.2 Enceinte thermique

Une enceinte thermique de l’entreprise Tenney Environmental, modèle T10C, a été utilisée

pour les ET. Le volume interne de l’enceinte est de 0,61 x 0,69 x 0,71m³. La puissance du

compresseur de l’enceinte est de 2,5kW. La plage de température de l’enceinte s’échelonne de -70°C à +170°C. La température est répartie et homogénéisée dans l’enceinte au moyen d’un ventilateur fixé sur la face arrière dans la partie supérieure de l’enceinte.

L’étalonnage de l’enceinte est réalisé avec des thermocouples étalonnés au préalable (§ 2.5.1). Les thermocouples sont répartis dans le volume de l’enceinte de la façon suivante : huit thermocouples sont disposés à 20cm de chacun des coins et un thermocouple au centre (tous sont équidistants des parois). Cet étalonnage s’inspire de la norme NF X 15-140. Cette dernière est progressivement remplacé par la norme CEI 60068-3-11 (CEI, 2007). De plus, le système d’acquisition est le même que celui utilisé lors des ET (§ 2.5.4).

2.5.3 Déroulement d’un essai thermique (ET)

Avant et après un ET, les éprouvettes sont soigneusement pesées afin de déterminer avec précision leur degré de saturation. Lors du déroulement d’un ET, les éprouvettes sont placés sur un lit de sable concassé (2,5/5mm) disposé dans des pannes métalliques. Ceci permet d’éviter toute déformation par fluage des éprouvettes lors du déplacement, de l’entreposage et la réalisation des cycles de GD dans l’enceinte au cours d’un ET. Trois pannes métalliques ont été utilisées pour y placer les dix éprouvettes des deux groupes (types T et E*). Ces pannes sont réparties sur trois niveaux dans l’enceinte. La réalisation des cycles de GD au cours d’un ET est illustrée à la Figure 2.9. Pour une meilleure compréhension de la réalisation des cycles de GD, il est possible de se référer à la Figure 2.1. À la Figure 2.9, la

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lettre "j" est associé à l’ET correspondant (j = 1 à 6) et la lettre "i" est associé au nombre de cycles de GD des ET (i = 0 à 100). La lettre "X" est associé au nombre de répétitions de cycles de GD réalisé à chacun des ET (x = 1, 2, 7, 20, 30 ou 40).

Aj Bj Cj DjiEji FjiGji HjiIj Jj

Figure 2.9 Température de l’air projeté au sein de l’enceinte thermique durant les essais thermiques (ET)

Avant de commencer l’ET "j", l’enceinte est programmée pour atteindre deux paliers de température : +23°C (A_j-B_j) et +10°C (C_j-D_ji). À chaque palier, la température est maintenue pendant 11h et 30min. À la fin du premier palier de température (+23°C), toutes les jauges sont mises à zéro. À la fin du deuxième palier (+10°C), la réalisation des cycles de gel-dégel débute : étapes Dji-Hji. Pour chaque cycle de GD, deux paliers de température sont ciblés : -18°C (E_ji-F_ji) et +10°C (G_ji-H_ji). À chacun de ces paliers, la température est maintenue pendant 11h et 30min. Finalement, après le dernier cycle de GD d’une séquence spécifique d’un ET "j", un dernier palier de température est ciblé à +23°C (Ij-Jj) et la température est encore une fois maintenue pendant 11h et 30min.

Dans tous les cas, la durée considérée pour passer d’un palier de température à un autre est de 30 minutes. Pour un ET spécifique ("j" donné), ces transitions de 30 minutes sont identifiées sur la Figure 2.9 par les étapes Bj-Cj, Dji-Eji, Fji-Gji et Hji-Ij. Le taux thermique est constant entre les étapes Bj-Cj et Hji-Ij et entre Dji-Eji et Fji-Gji où il est de 26 et 56°C/h respectivement.

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Bien que des taux élevés soient utilisés, le taux thermique au sein des éprouvettes ne dépassent jamais 7 à 8°C/h en raison de la puissance de l’enceinte et de la quantité importante d’éprouvettes et de matériaux au sein de l’éprouvette (≈ 75kg). Les paliers de température (étapes A-B, C-D, E-F, G-H et I-J), d’une durée de 11 heures et 30 minutes, sont effectués afin de s’assurer que la température en tout points de l’éprouvette soit stabilisée. Ceci permet d’atteindre la stabilisation dimensionnelle (déformation) de l’éprouvette. Précisément, cette stabilisation de température au sein des éprouvettes est obtenue après 10 heures et 15 minutes à une température constante (Figure 3.4, p. 140). Cet état stabilisée est préconisée pour la détermination du coefficient de dilatation linéique de l’enrobé entre les températures ciblées de -18, +10 et +23°C. Des détails additionnels sur la détermination du coefficient de dilatation linéique sont donnés à la section 1.6.

2.5.4 Acquisition de données

L’acquisition de données est accomplie pour tous les cycles de GD et permet de suivre : 1) de façon périodique, juste avant l’étape A_j et juste après l’étape J_j, le degré de saturation des éprouvettes ; 2) en continu, la température à la surface et au cœur ; 3) en continu, la déformation axiale des éprouvettes.

Pour le degré de saturation, des mesures additionnelles sont prises : juste après la saturation partielle (SP) et après un long entreposage (LE) des éprouvettes pour vérifier s’il était nécessaire d’effectuer une nouvelle saturation partielle de l’éprouvette avec un seuil établi de 50%.

L’acquisition des températures est effectuée avec le système CR-10 de l’entreprise Roctest. Il est possible d’y effectuer l’acquisition simultanée de 32 thermocouples. L’acquisition des déformations est effectuée à l’aide du système 5000 et du logiciel StrainSmart de la compagnie Vishay. Il est possible d’y effectuer l’acquisition simultanée de 20 jauges par le biais de quatre cartes de contrôle.

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2.6 Équipements pour essais mécaniques