Chapitre I. Présentation Générale : Du dommage à la réparation
3. Modèle Analytique de l'infiltration
3.2. Etude de l'influence des paramètres matériaux
3.2.1. Influence de la viscosité
Nous avons considéré au cours de la construction de ce modèle, le problème comme quasi-statique.
Afin de vérifier cette condition, il fallait, entre autres, que la viscosité de la résine de réparation soit faible pendant le procédé d'infiltration. Ce temps de mise en œuvre des résines est généralement d'une dizaine de minutes lorsque l'on est à la température de mise en œuvre optimale. Ainsi, si l'on s'intéresse à l'évolution du temps d'infiltration en fonction de la viscosité (FIG. II.7), obtenu en
inversant Eq. 7 , on observe que pour des viscosités typiques de résines d'infusion ou RTM (inférieure à 1 Pa.s), le temps d'infiltration est inférieur à dix minutes.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
0 100 200 300 400 500
Viscosité (Pa.s)
Temps d'infiltration (s)
RTM6 XU3508/
XB3403 192
24
FIG. II.7 - Etude de l'influence de la viscosité sur le temps d'infiltration d'un délaminage à une température de mise en œuvre de 80 °C
Notons que pour cette évaluation du temps d'infiltration, la fissure est modélisée par deux plans infinis séparés par une épaisseur moyenne équivalente aux délaminages observés (20 µm). La longueur utilisée est de 40 mm et la différence de pression est de 0,99 bar.
Ainsi, grâce à cette évaluation du temps d'infiltration, nous pouvons en déduire que la plupart des résines dédiées au procédé d'infusion ou au procédé RTM conviennent pour notre procédé de réparation du point de vue de la viscosité. En effet, le temps théorique d'infiltration est inférieur au temps que mettent ces résines à atteindre une viscosité importante, de l'ordre de 10 minutes pour les résines les plus exigeantes.
3.2.2. Influence de la géométrie du dommage et des paramètres de mouillabilité
Angle de contact et épaisseur du délaminage
Grâce aux différentes équations évoquées précédemment, nous avons vu que la mouillabilité régissait les équations de notre modèle d'infiltration. La géométrie du délaminage et notamment son épaisseur sont des paramètres qui peuvent influencer la qualité théorique d'infiltration. Pour débuter cette analyse, la FIG. II.8 présente l'avancée de la résine dans un délaminage de 40 mm en fonction de l'angle de contact que forme la résine avec l'interface délaminée et l'épaisseur du délaminage.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
FIG. II.8 - Influence de l'épaisseur du délaminage et de l'angle de contact sur la qualité d'infiltration théorique représentée par un pourcentage de délaminage infiltré
Ainsi, tant que l'angle de contact est inférieur à 90°, l'épaisseur du délaminage ou l'angle de contact lui-même modifient très peu la qualité de l'infiltration. En revanche, lorsque l'angle de contact est supérieur à 90°, il faut également que l'épaisseur du délaminage soit très faible (<10 µm) pour que cela ait vraiment une influence significative sur la capacité d'infiltration. Pour cette illustration, la pression d'injection a été fixée à la pression atmosphérique (1 bar) et la pression du vide à 100 Pa. Ces deux paramètres sont, cependant, une source possible d'influence sur la capacité d'infiltration de la résine.
Pression d'injection et vide originel
Dans la mesure où nous souhaitions proposer une réparation simplifiée, il aurait été idéal de ne pas avoir à mettre la résine de réparation sous pression, ni mettre sous vide l'ensemble du réseau de fissure. La FIG. II.9 illustre l'influence de ces deux paramètres de pression sur la qualité de pénétration de la résine. Pour cela, la pression d'injection est comprise entre 1 et 100 bar et la pression du vide entre 0.0001 et 1 bar. Pour cette illustration, l'angle de contact et l'épaisseur du délaminage ont été respectivement fixés à 60° et 35 µm, toujours pour une longueur de délaminage de 40 mm. Il apparaît que lorsque le vide est relativement "bon", inférieur à 103 Pa, il est possible d'atteindre un taux de pénétration de résine de plus de 90 %, et ce quelle que soit la pression d'injection considérée. En revanche, cette pression d'injection devient très influente lorsque le vide est supérieur à 103 bars dans la fissure.
101 102 103 104 105 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Pres sion du vide initial (Pa)
Avancée de la résine (%)
105 Pa 5.105 Pa 10.105 Pa 50.105 Pa 100.105 Pa Pres sions d'injection
FIG. II.9 - Influence des pressions d'injection et du vide d'origine sur la qualité d'infiltration théorique Longueur du délaminage
Dans le cadre d'une réparation réelle, la longueur des délaminages n'est pas connue et peut être sujette à une mauvaise estimation si les moyens de contrôle ne sont pas adéquats. Il est ainsi nécessaire de s'intéresser à l'influence que peut avoir la longueur du délaminage.
Comme on peut le voir à la FIG. II.10, lorsque l'on applique des longueurs de délaminage de 0 à 100 mm à notre modèle, aucune modification significative du taux de pénétration de la résine de réparation n'est observable. Ce comportement permet d'affirmer que théoriquement la longueur des délaminages ne devrait pas influencer la qualité de notre réparation. C'est d'autant plus important que toutes les tailles de dommages n'ont pu être étudiées, et cela nous permet d'envisager cette méthode de réparation à des dommages beaucoup plus étendus.
Pour l'illustration de la FIG. II.10, les paramètres ont été les suivants : la pression d'injection est de 1 bar, la pression du vide de 100 Pa, l'angle de contact est de 60°, la tension de surface de 27 Jm-2 et l'épaisseur du délaminage de 35 µm.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
FIG. II.10 - Influence de la longueur du délaminage à infiltrer sur la qualité d'infiltration théorique Tension de surface
Le dernier paramètre, qui est explicitement présent dans les expressions de mouillabilité, est la tension de surface. D'après la littérature, ce paramètre ne varie pas beaucoup [Grundke, 1996],[Mezzenga, 2001],[Page, 2000], et l'on peut observer sur la FIG. II.11, que la qualité d'infiltration est peu influencée par ce paramètre. Les valeurs des autres grandeurs intervenant dans le modèle analytique, sont les mêmes que celle utilisées précédemment avec une longueur de délaminage de 40 mm.
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
Tens ion de s urface (J/m²)
Avancée de la résine (%)
FIG. II.11 - Influence de la tension de surface sur la qualité de l'infiltration
Pour l'ensemble des paramètres intervenant dans la prédiction de la position du front de résine dans les délaminages, peu sont finalement vraiment influants. Il est important de vérifier maintenant que dans le cas précis de notre procédé de réparation, les matériaux, la disposition géométrique des dommages et les possibilités expérimentales permettent de réaliser cette réparation.