2.3 Caractérisation du comportement plastique
2.3.3 La mesure des déplacements
Les jauges, extensomètres et autres moyens de mesure avec contact de déplacement sont
per-formants, simples à utiliser et permettent une mesure en temps réel du déplacement avec une
grande précision. Cependant, ces dispositifs se contentent d’une mesure ponctuelle (jauges) ou
moyennent les déplacements d’une surface (extensomètre). C’est pourquoi ces techniques sont
de plus en plus complétées ou remplacées par des techniques optiques de mesure qui déterminent
le déplacement de points d’une grille virtuelle associée à la surface de l’éprouvette sollicitée lors
de l’essai.
2.3.3.1 Détermination des déplacements par des techniques optiques de mesure
La détermination des déplacements surfaciques sans contact s’appuient principalement sur deux
grandes familles de techniques optiques de mesure [85] : (i) les techniques de mesure non
interférométriques et (ii) les techniques de mesure interférométriques.
Les techniques de mesure non interférométriques utilisent une intensité lumineuse pour créer
un repérage de points sur la surface de l’échantillon à tester. Ce repérage se fonde soit sur une
association aléatoire entre les points physiques de la surface et un signal lumineux (dépôt de
mouchetis, nature des surfaces [93, 94, 26, 22, 67]), soit sur une association « régulière » (en
créant des grilles sur la surface de l’échantillon [6, 59, 7]). La détermination des déplacements
surfaciques est ensuite réalisée par un logiciel d’analyse des images. Le dépot de mouchetis sur
une surface est beaucoup plus facile à réaliser qu’une grille. De plus, l’inconvénient principal
d’un motif périodique réside justement dans sa périodicité. Le même motif peut se retrouver
plusieurs fois sur la surface ce qui peut mener à des ambiguïtés lors de l’analyse des images.
L’interférométrie est une technique de mesure qui exploite les interférences intervenant entre
plusieurs ondes lumineuses entre elles. La détermination des déplacements se fait alors à
par-tir de la lumière diffusée (interférométrie de speckle [82, 106, 15]) ou de la lumière diffractée
(interférométrie de moiré [19, 77, 20]). Les méthodes interférométriques conduisent à la
déter-mination des champs de déplacement surfacique avec une excellente précision mais nécessitent
une mise en œuvre complexe. Le système d’interférométrie se compose d’un système de
projec-tion (source lumineuse, lentille d’imagerie, structure de grille à onde carrée) et d’un système de
visualisation (lentille d’imagerie, sous-grille, caméra). L’ensemble est très sensible aux
vibra-tions [29]. Ce n’est pas le cas des dispositifs d’acquisition d’images numériques qui sont plus
tolérants quant à leur mise en place.
C’est donc la corrélation d’images qui est choisie pour la détermination des déformations des
éprouvettes lors des essais quasi-statiques et dynamiques.
2.3.3.2 Validation de la détermination des déplacements par corrélation d’images
Avant de déterminer les champs de déplacements surfaciques par corrélation d’images des
échan-tillons lors de la campagne d’essais, il est intéressant de valider le dispositif expérimental en le
comparant à l’instrument de mesure classiquement utilisé, l’extensomètre à couteaux. Il mesure
le déplacement tout au long d’un essai, mais uniquement pour une longueur de référence fixe (la
distance entre les couteaux). Lorsque l’essai est homogène, la valeur de déformation donnée par
l’extensomètre est la même pour tous les points de cette longueur de référence. Mais dès que
l’essai devient hétérogène (localisation), la déformation donnée est alors une moyenne de cette
zone. Ce n’est pas le cas lors de la détermination des déplacements obtenus par corrélations
d’images où la longueur de référence est sélectionnée dans le logiciel d’analyse. Cette liberté
permet à l’expérimentateur de focaliser son étude sur la zone de son choix, qu’elle soit globale
ou locale. La comparaison entre la déformation d’une zone calculée à partir du déplacement
mesuré par extensométrie avec la déformation de la moyenne de l’ensemble des motifs
compo-sant cette même zone obtenue en exploitant les images numériques d’un essai de traction est
illustrée figure 2.3.1. La coïncidence des deux courbes indique que les déformations calculées
en exploitant des images numériques sont comparables à celles provenant d’un extensomètre
dans la partie plastique. Cependant la configuration utilisée ne permet pas pour l’instant de
déterminer les déformations élastiques avec suffisamment de précision pour rivaliser avec les
moyens expérimentaux présentés précédemment à la sous-section 2.2.3.
0 5 10 15 20 25 30 35 0 100 200 300 400 500 600 700 Déformations logarithmiques (%)
Contraintes de Cauchy (MPa)
Méthode de la corrélation d’images Extensomètrie
Fig. 2.3.1: Courbes expérimentales du C68 comparant la déformation d’une zone calculée à partir du
déplacement mesuré par extensométrie avec la déformation de la moyenne de l’ensemble des motifs
composant cette même zone obtenue en exploitant les images numériques d’une éprouvette soumise à
un essai de traction.
Stress/Strain curves of the C68 steel obtained by using an extensometer and digital image correlation
with a strain rate at 10
−3/s in the rolling direction.
Une description de la méthode de détermination des déformations surfaciques à partir des
champs de déplacement en s’appuyant sur la corrélation d’images numériques est donnée en
annexeE. Dans la suite de l’étude, les images sont traitées par 7D, un logiciel d’analyse d’images
développé au laboratoire SYMME [93,94, 26, 22,67, 68].
2.3.3.3 Préparation des éprouvettes
Pour créer un repérage de points de la zone utile de l’éprouvette exploitable avec des images
numériques, un mouchetis est créé sur la surface. Elle est préalablement peinte sous une hotte
aspirante avec une couche de peinture blanche pour éviter que les éventuels reflets sur la surface
métallique ne viennent interférer avec l’image capturée par la caméra numérique. Elle est ensuite
mouchetée successivement avec des peintures de couleurs noire et primaires. La figure 2.3.2
présente les niveaux de gris des pixels de la zone utile de deux surfaces mouchetées. Les deux
mouchetis sont composés de peintures de couleurs noire et blanche et un ajout de couleurs
primaires a été appliqué sur le deuxième.
Niveaux de gris Niveaux de gris N om br e d e pi xe ls N om br e de p ix el s 165 niveaux 210 niveaux