Evaluation de la fissuration par la technique de corrélation d’images numériques

La corrélation d’images numériques (DIC) est une technique expérimentale permettant de mesurer un champ de déplacement sur l’ensemble d’une face d’éprouvette plane tout au long de l’évolution du chargement mécanique, en comparant les photos numériques avant et après déformation. La précision de cette mesure dépend de la résolution de la caméra, du logiciel utilisé, de la qualité du mouchetis, de l’éclairage et de la dimension de la surface à corréler.

Dans ce travail, le logiciel de corrélation d’images GOM Correlate [114] a été utilisé. La détermination du champ de déplacement sur ce logiciel est effectuée en trois étapes :

2. Découper la zone d’étude en zones d’intérêt (ou facettes). Le logiciel permet de choisir la taille des facettes et la distance entre les centres de deux facettes voisines ;

3. Corréler les facettes. Chaque facette est caractérisée par sa distribution en niveaux de gris et le principe consiste à faire l’hypothèse que la distribution en niveaux de gris de la facette dans l’état initial reste la même dans l’état déformé. La méthode alors tente de retrouver, sur l’image déformée, la position du motif qui ressemble le plus à chaque facette de référence. Ainsi, le champ de déplacement peut être déterminé sur toute la zone corrélée lors de l’augmentation du chargement. Pour obtenir de bons résultats, il faut que la surface soit le moins uniforme possible, et que les déformations restent petites.

Dans l’annexe E, nous présentons tous les paramètres de la corrélations d’images numé-riques.

Nous avons réalisé une analyse de fissuration sur toutes les éprouvettes TRC testées dans cette étude en nous appuyant sur les résultats de la corrélation d’images. Sur la figure 5.4.a, nous avons tracé le déplacement longitudinal en fonction de la position sur l’axe longitudinal de l’éprouvette pour différents niveaux de chargement. Les discontinuités relevées dans le dé-placement nous ont permis de déterminer l’emdé-placement des fissures ainsi que l’espacement et l’ouverture des fissures, figure 5.4.b. Aussi, nous avons pu visualiser le schéma de fissuration de la face corrélée de l’éprouvette grâce au calcul du champ des iso-déformations par le logiciel GOM Correlate, figure 5.5.

(a) (b)

Figure 5.4 – (a) Evolution du déplacement sur l’axe longitudinal de l’éprouvette à différents niveaux de charge et (b) mesure de l’espacement et ouverture des fissures le long de l’éprouvette pour une charge donnée

Figure 5.5 – Schéma de fissuration de l’éprouvette obtenu par la technique de corrélation d’images

5.3 Résultats et analyse

5.3.1 Comportement global

Les figures 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 et 5.10 présentent les courbes effort-déplacement des essais de traction réalisés sur les différents types de TRC de cette étude : 230, 236, 400, 440 et 600 et pour les trois configurations de pré-imprégnation des textiles : S, PH.K3 et PS.CSA.

Ces figures tendent à mettre en lumière l’existence de trois types de courbes qui se dis-tinguent principalement par le nombre de phases constituant la courbe, leur rigidité ainsi que les chutes de force avant d’atteindre l’effort maximal.

Le premier type concerne les composites 230 et 236 dont les courbes sont constituées de trois différentes phases quelle que soit la configuration de pré-imprégnation du textile :

(i) La première phase est linéaire, caractérisée par une matrice non fissurée ;

(ii) La deuxième phase présente des chutes d’effort importantes en raison de la formation de multiples fissures ;

(iii) La troisième phase est quasi-linéaire. Dans cette zone, l’effort est en majorité repris par le textile et la rigidité est inférieure à celle de la première zone.

Le deuxième type de courbe est lié aux composites 400 et 440. Les courbes peuvent être également divisées en trois zones, mais se différencient des courbes du premier type par deux points :

(i) La deuxième zone présente de très faibles chutes de forces ;

(ii) La pente de la troisième zone est de l’ordre de celle de la première zone.

Le troisième type, quant à lui, concerne les composites 600 dont les courbes sont formées d’une seule phase quasi-linéaire. En fait, la deuxième phase correspondant à la fissuration a disparu et la première et la troisième zone sont confondues car elles présentent la même pente. La disparition de la deuxième zone dans ce cas ne traduit pas l’absence des fissures dans le composite. Cela a été confirmé par l’analyse de corrélation d’images qui montre bien que les composites 600 fissurent au cours du chargement pour les trois configurations de pré-imprégnation du textile (cf. paragraphe 5.3.4).

Il ressort de ces constatations deux conclusions :

1. Lorsque le taux de renfort dans un composite TRC augmente, la chute de force liée à l’apparition de la fissure diminue voire s’annule. Cela est lié au fait qu’à l’instant de fissuration, la rigidité de l’éprouvette diminue et plus le taux de renfort est important plus la diminution de cette rigidité est négligeable et par conséquent la chute d’effort tend vers zéro ;

2. La pente de la troisième zone augmente avec l’augmentation du taux de renfort, cela est en accord avec la littérature qui suppose que la rigidité de cette zone est proportionnelle aux taux de fibre longitudinal. De ce fait, avec un taux de renfort élevé, la première et la troisième zone peuvent être confondues constituant ainsi une seule zone quasi-linéaire, cas des composites 600.

Dans le cas d’une pré-imprégnation par voie humide (PH.K3), nous constatons une variabi-lité significative du comportement d’une éprouvette à l’autre. Cela est expliqué par le fait que cette méthode de pré-imprégnation manuelle ne permet pas une mise en œuvre reproductible

d’un essai à un autre puisque la pénétration des particules de la matrice K3 au sein du textile n’est pas contrôlée. Cette variabilité est réduite dans le cas du processus d’imprégnation par voie sèche qui assure une répartition homogène de la poudre à l’intérieur du textile.

(a)

(b)

(c)

Figure 5.6 – Courbes effort-déplacement du composite 230 (a) S, (b) PH.K3 et (c) PS.CSA

(a)

(b)

(c)

Figure 5.7 – Courbes effort-déplacement du composite 236 (a) S, (b) PH.K3 et (c) PS.CSA

(a)

(b)

(c)

Figure 5.8 – Courbes effort-déplacement du composite 400 (a) S, (b) PH.K3 et (c) PS.CSA

(a)

(b)

(c)

Figure 5.9 – Courbes effort-déplacement du composite 440 (a) S, (b) PH.K3 et (c) PS.CSA

(a) (b)

(c)

Figure 5.10 – Courbes effort-déplacement du composite 600 (a) S, (b) PH.K3 et (c) PS.CSA

5.3.2 Mode de rupture

La rupture de toutes les éprouvettes testées dans cette étude (230, 236, 400, 440 et 600) dans le cas des trois différentes configurations de textile (S, PH.K3, PS.CSA) a été localisée au niveau des fissures situées à proximité des talons. Un seul mode de rupture a été observé, c’est un mode de rupture d’arrachement au niveau des talons (figure 5.11). Cela était attendu dans le cas d’un textile non pré-imprégné à cause de l’imprégnation hétérogène du fil par la matrice. Cependant dans le cas des textiles pré-imprégnés, ce mode de rupture est lié à la faible longueur de la partie des talons collée à l’éprouvette (25 mm dans notre cas). Dans la suite de cette étude, il serait intéressant d’augmenter cette longueur afin d’obtenir un mode de rupture par traction du textile et permettre ainsi une caractérisation précise du composite (voir paragraphe 4.4.4.2.b)).