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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

Fig. 2.3.2: Histogramme de la répartition des niveaux de gris (niveaux notés de 0 à 255 en abscisse)

d’un mouchetis noir et blanc (à gauche) et avec ajout de couleurs primaires (à droite).

Histogram of the distribution of gray levels (levels from 0 to 255 on the abscissa) of a black speckle

(on the left) and with an addition of primary colors (on the right).

L’ajout de couleurs primaires sur un mouchetis noir et blanc permet un élargissement du spectre

des niveaux de gris enregistré par la caméra, notamment pour les valeurs comprises entre 0 et

50 [90]. Cette augmentation des niveaux de gris sur la surface étudiée permet un meilleur

traitement des images. En effet, l’exploitation de la presque totalité des niveaux de gris permet

de mieux différencier les mouchetis les uns des autres, ce qui facilite la tâche du logiciel de

corrélation d’images lors de la recherche des motifs déformés. L’ajout de couleurs primaires est

donc utilisé sur des mouchetis noir et blanc lors de la campagne d’essais.