Méthodes et moyens de mesure de la RTC

Méthodes d’évaluation

Plusieurs méthodes de mesure sont rencontrées que l’on s’intéresse à la RT C en régime permanent ou transitoire. Pour les études statiques, les méthodes de mesures directes des températures à l’interface existent, mais elles sont inadaptées compte tenu des géométries et des pressions de contact ([59], [31], [68], [53], [74]). Plus généralement les auteurs utilisent des méthodes inverses s’appuyant sur des mesures indirectes couplées et des modèles de transfert thermiques ([30], [48], [20], [72], [35], [36]). Ces méthodes sont également utilisées pour les problèmes de RT C en régime transitoire. Les mesures peuvent s’effectuer à partir de thermocouples ou de pyromètres [35]. Il a été montré par différents auteurs ([59], [31], [30], [48], [20], [68], [53], [74], [72], [106], [35], [40], [88]) qu’il était nécessaire d’accéder aux températures de surfaces pour identifier la RT C. On peut classer les différents travaux en deux méthodes.

Les méthodes directes Comme le rappelle Marchand [74], différents auteurs ont tenté de réaliser des identifications de la RT C directement à partir de mesures de température issues de thermocouples implantés dans les outillages pour des applications de forgeage ([59], [31], [68]). Leurs conclusions ont été que ces méthodes ne sont pas adaptées en raison du haut niveau de contraintes rencontrées et de la difficulté à disposer les thermocouples perpendiculairement aux lignes de flux. Jain [53] a également utilisé cette méthode pour essayer d’accéder aux températures de surface. Il a tenté d’extrapoler les températures mesurées, mais il a conclu que cette méthode était à proscrire en raison du caractère transitoire du phénomène.

Les méthodes indirectes Les thermocouples ne pouvant être placés exactement à l’interface sans altérer le phénomène, il est souvent fait appel à des méthodes d’analyse inverse s’appuyant sur des mesures de température à une certaine distance de l’interface couplées à un modèle de transfert thermique. Pour chaque température mesurée, les valeurs numériques du modèle sont calculées la méthodes des différences finies [30] ou d’éléments finis ([48], [20]). Plus récemment des méthodes inverses ont été utilisées pour remonter aux températures de surfaces et au flux traversant l’interface par Loulou [72] et par Dour et al. ([35, 34]) pour des applications de fonderie ou par Dusserre [36] pour la mise en forme de verre. Cette méthode d’analyse a été employée pour étudier la variation du coefficient d’échange par conduction entre un moule d’acier X38CrMoV4(AISI H11) et une pièce en alliage Aluminium-Silicium Al12Si en cours de refroidissement.

Les moyens de mesure

Garcia [40] a utilisé au CEMEF un banc de mesure développé (figure II.8) par Triolet [106] pour caractériser la RT C d’une tôle d’USIBOR 1500 dans la gamme de pression de contact (de 0.4 MPa à 85 MPa) et pour des températures d’outil de 130 °C (outil supérieur) et 680 °C (outil inférieur). Ce même banc de mesure a été utilisé par Nalewajk [88] pour des alliages d’aluminium-magnésium. La mesure de RT C par ce type d’équipement nécessite la stabilisation des températures dans les outillages qui est réalisée à partir de temps voisins de 400 s (7 min). Ainsi, les mesures de RT C sont réalisées en contact mécanique statique et dans un régime thermique stationnaire. L’évaluation de la RT C est réalisée à partir du traitement des températures relevées par les thermocouples.

L’équipement utilisé à l’INSA de Lyon (figure II.9) par Marchand [74] permet d’étudier l’influence de la géométrie de rugosité (forme triangulaire, pyramidale) sur la RT C. Sur cette installation, la température

Chapitre II. Littérature

Fig.II.8:Montage de mesure du CEMEF [40]

de l’échantillon est par contre limitée à 100 °C. Cet équipement permet de réaliser une mesure de la RT C en contact mécanique statique dans des régimes thermiques stationnaires et transitoires. De même l’évaluation de la RT C est faite en couplant la mesure de températures par les thermocouples à une méthode inverse de conduction de la chaleur.

Fig._II.9:Montage de mesure de l’INSA

II.1. La Résistance Thermique de Contact

Abdulhay et al. [2] ont réalisé un banc de mesure qui se rapproche des conditions d’essais industrielles (figure II.10). Leur dispositif expérimental est composé d’une presse hydraulique d’emboutissage et d’un four d’austénitisation. Les outillages servant à l’emboutissage des flans de tôles sont un poinçon et une matrice en forme d’oméga.

Fig.II.10:Montage de mesure Abdulhay-Arcelor [2]

Le montage ainsi développé est utilisé pour mesurer la RT C tôle/outil dans des conditions transitoires et proches de l’emboutissage à chaud en conditions industrielles. Il existe aussi un moyen de mesure qui a été developpé au LETEE et qui sera plus amplement décrit dans le chapitre III. Dour et al. ([35, 34]) ont développé un capteur de flux spécifique (figure II.11) pour la mesure de RT C en fonderie. La spécificité de capteur est le couplage de mesure de la température à la fois par des thermocouples et par une fibre optique intégrée au capteur et reliée à un pyromètre. En effet pour la fonderie, la fibre optique permet donc d’avoir directement la température de surface du métal fondu en contact avec la paroi d’un moule.

Fig. II.11: Capteur de température développé par G. Dour, (F) fibre optique et thermocouple (G) rainures (H) trous de guidage des thermocouples (L) fenêtre de visée

Partant de ce principe, ce capteur qui sera utilisé pour nos mesures de RT C tôle/outil présente comme principal avantage de pouvoir accéder directement à la mesure de la température de surface d’un des corps en contact (la tôle en l’occurrence). Néanmoins, la mesure de température (par les thermocouples intégrés au capteur) couplée à une analyse par méthode inverse de conduction de la chaleur permet de remonter à la température de surface du corps antagoniste et in fine à l’évaluation de la RT C en régime transitoire. Nous y reviendrons plus amplement dans la section consacrée à la mesure de la RT C.

Chapitre II. Littérature