Méthodes de mesures

Différentes méthodologies ont été utilisées afin de mesurer la géométrie des entailles. Les principes de mesure et l’utilisation de chacune des méthodes seront présentés dans cette partie.

4.1.1. Analyse de répliques par microscopie optique

Le contrôle géométrique par découpe de répliques polymère est une méthode classique utilisée sur les défauts. Les avantages sont qu'elle est non destructive, facile à mettre en œuvre et possède une précision suffisante pour nos entailles (de l’ordre de quelques µm). De plus, les répliques des entailles permettent la conservation d’une empreinte du défaut initial même après rupture de l'éprouvette. Ainsi, la Figure II-25 présente la méthode de fabrication d’une réplique d’entaille. De gauche à droite sur les photos, 2 monomères sont mélangés (a) avant d’étaler le mélange sur nos entailles (b). Une fois

Chapitre II Caractérisation des entailles : état de surface et état de contraintes

la polymérisation finie, nous obtenons un négatif de l’entaille (c) qui est analysé en découpant selon 3 lignes représentées en rouge sur l’image. Il reste alors 2 tranches de 3 à 4 mm d’épaisseur.

Figure II-25 : Fabrication des répliques des entailles

Ces tranches sont ensuite analysées avec une loupe binoculaire. Un exemple d’image obtenue est présenté sur la Figure II-26. De gauche à droite, nous retrouvons l’image brute (a), l’analyse des angles de l’entaille (b) et enfin l’analyse de la profondeur (c). Il est utile de noter qu’ayant 2 sections par entailles avec chacune 2 faces, nous avons 4 analyses de ce type à faire par entaille. Ceci permet d’avoir une première vision sur la répétabilité de nos mesures. Il est aussi possible de vérifier si certains paramètres évoluent le long des entailles. Dans les faits, l’évolution est seulement notable sur certaines éprouvettes pour la profondeur. C’est pourquoi dans les résultats, la profondeur minimale (Pmin) et la maximale (Pmax) seront présentées.

Figure II-26 : Analyse des répliques par microscopie optique

Pour le rayon de fond d’entaille, il est obtenu par construction géométrique sur papier, ce qui clos la recherche des paramètres géométriques. La non-symétrie qui est notable sur certaines entailles fines (comme celle ci-dessus) semble être attenante à la première méthodologie d’usinage car on ne retrouve pas ces défauts avec la méthode suivante. Pour le moment, l’explication retenue est que le premier dispositif d’usinage manquait de rigidité et fléchissait sous les efforts de coupe. Cette légère dissymétrie n’a qu’une influence négligeable sur le champ de contrainte et ne sera pas prise en compte.

4.1.2. Contrôle 3D par microscopie optique

Cette seconde méthode de mesure utilise un microscope optique capable de faire des prises d’image successives à des hauteurs différentes afin de reconstruire une image 3D. La Figure II-27 illustre ce que le microscope peut faire comme reconstruction 3D sur une de nos entailles. La précision des images 3D dépend de l’objectif mais peut descendre jusqu’à environ 1 µm pour les objectifs à plus fort

Chapitre II Caractérisation des entailles : état de surface et état de contraintes

grandissement. La précision est donc en accord avec les données recherchées mais ne permet pas une analyse de la rugosité.

Figure II-27 : Profil 3D d'un fond d'entaille par microscopie optique (ρ=500µm)

A partir de ces images 3D, des profils de profondeur sur des plans (Y,Z) sont obtenus. La Figure II-28 illustre un profil obtenu par cette méthode. Le rayon et la profondeur de l’entaille sont alors calculés en analysant le profil.

Figure II-28 : Profil 2D d'une entaille, permettant de mesurer ρ (ρ=500µm)

Pour augmenter la précision des contrôles géométriques, 3 images 3D de chaque entaille sont prises (à différents endroits) et 3 profils par image 3D sont analysés. Ce qui donne 9 jeux de paramètres géométriques par entaille (un jeu pour chaque profil). Ceci permet d’avoir une bonne vision de la variation de mesure sur une entaille. Ces variations peuvent provenir de la méthode de mesure mais aussi de modification progressive de la géométrie le long de l’entaille (comme pour la profondeur par exemple).

Cette méthode de mesure a été préférée à la précédente car elle permet de faire les mêmes mesures, de garder une trace de l’entaille après essais (on garde le format 3D) et est plus précise. Il a en effet été montré que le post traitement des répliques menait à une variation des valeurs de plus de 5µm (±10%) pour mesurer un rayon de fond d’entaille de 50µm là où la microscopie 3D variait seulement de 1 à 2 µm (±4%). Du fait de la similitude des valeurs obtenues pour les autres côtes mesurées, les 2 méthodes ont été conservées pour les entailles de rayons différents de 50µm.

4.1.3. Contrôles en microscopie optique par le côté

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Les 2 méthodes précédentes échouent aussi à étudier les 2 entailles en même temps. De fait, il a été choisi d’observer les entailles « par les côté ». En observant en optique nos éprouvettes, nous pouvons obtenir des images comme celle présentée sur la Figure II-29.

Figure II-29 : Contrôle optique d'alignement des entailles (ρ= 200µm, P= 1200µm)

Ces images permettent de mesurer les différents paramètres géométriques nécessaires au contrôle des entailles. Les deux côtés des éprouvettes sont observés. En plus des éléments géométriques correspondant à une entaille, cette méthodologie permet de contrôler la précision géométrique du positionnement d’une entaille par rapport à l’autre. Ceci a permis de mettre en avant des erreurs d’alignement entre les entailles de ce type d’éprouvette. L’erreur d’alignement des entailles (δg) est définie à partir de l’axe médian des entailles. Le système de retournement des entailles permet de garder une direction fixe pour l’axe médian, il est donc possible de définir la distance entre ces deux axes parallèles sur les images. Par définition sur les entailles inclinées, un δg est positif s’il éloigne les entailles et est négatif s’il les rapproche. La Figure II-30 illustre la définition de ce paramètre.

Figure II-30 : Définition du paramètre de désalignement des entailles

Ce nouveau paramètre géométrique a de plus tendance à évoluer le long de l’entaille. En effet les valeurs de δg ne sont pas les mêmes d’un côté et de l’autre des éprouvettes. Du fait de l’importance de ce paramètre sur l’interaction entre les entailles, ces variations seront étudiées dans les simulations.

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Contrairement aux deux autres méthodes, celle-ci présente quelques limitations. Elle ne permet pas de garder d’empreintes (3D numérique ou réplique) de nos entailles. De plus, elle ne permet de faire que deux mesures sur chaque éprouvette. Cette méthode sera néanmoins conservée pour les éprouvettes avec deux entailles car elle est la seule des 3 à disposition capable de visualiser le positionnement de ces entailles l’une par rapport à l’autre. La tomographie aurait aussi pu être une solution intéressante pour obtenir la géométrie 3D des 2 entailles mais n’a pas été testée.