Observation des endommagements à l’échelle du pli : méso-macro On remarque donc que, mis à part le méta-délaminage, les mécanismes

d’endommage-ment dans les stratifiés tissés sont les mêmes que pour un unidirectionnel. Cependant, dans un tissu, il y a deux directions préférentielles (sens chaîne et trame), ce qui induit des diffé-rences non seulement dans le scénario d’endommagement à l’échelle du pli, mais aussi sur le comportement des fissurations matricielles et la répartition des délaminages.

Étude des fissurations matricielles : intra et inter-laminaires

L’étude des fissurations intralaminaires est aussi importante pour les tissus que pour les UD. C’est pourquoi plusieurs auteurs décrivent leur comportement comme [Blanco et al., 2014]. Il s’est proposé de mesurer le taux de restitution d’énergie en mode d’ouverture pour un tissu satin de 5 carbone/époxy 5HS-RTM6. La conclusion principale est qu’en surface, la propagation de la fissure est énormément influencée par la position des torons par rapport à l’axe de chargement de l’éprouvette. En fait, les torons dont la face est libre ont une plus grande liberté de mouvement, ce qui a pour conséquence de localiser les contraintes au niveau des points de tissage. Sur la Figure I.19,[Blanco et al., 2014]propose une schématisation du trajet de fissure observé sur deux configurations. Il révèle que pour un stratifié épais, le phénomène n’a pas d’influence sur le taux de restitution d’énergie.

Figure I.19 – Trajet de fissure d’un tissu carbone/époxy et analyses C-Scan pour deux configu-rations du pli extérieur par rapport à l’axe de sollicitation [Blanco et al., 2014]

De plus, les tissus présentent des propriétés intéressantes en ce qui concerne la propaga-tion des délaminages inter-plis. En effet,[Funk, 1989] et [Kim et Sham, 2000]montrent dans leurs études que les taux de restitution d’énergie liés aux modes de ruptures interlaminaires sont entre 4 et 5 fois supérieurs à ceux des stratifiés unidirectionnels. Ceci peut s’expliquer par le fait que le tissage présente des rugosités entre les torons, ce qui ralentit l’initiation des endommagements. De plus, ils possèdent une part plus importante de résine que les UD, ce qui a l’avantage de permettre une plus grande plastification avant rupture. Un autre avantage du tissu est que l’enchevêtrement des torons de fibres crée des zones de contact plus grandes ce qui permet de localiser les ruptures. Enfin, l’architecture du tissu permet aux fissures de bifurquer d’un point de tissage à un autre, ce qui ralentit la propagation du dommage. Ces remarques ont aussi été faites par [Deconinck, 2014] durant ses travaux de thèse après avoir analysé le délaminage produit par un impact au poids tombant sur un stratifié tissé.

Répartition des endommagements

Les endommagements dans un stratifié tissé ont été largement étudiés notamment par

[Osada et al., 2003]. Ce dernier étudie le comportement en traction d’un tissu toile et d’un tissu satin de 5. Sur les courbes σ = f(ε) (contrainte-déformation), on observe un phéno-mène particulier : le knee-point (Figure I.20). Ce terme anglais désigne le point d’inflexion, qui corresponds en fait à l’initiation des fissurations matricielles dans les mèches transverses au sens de chargement.

Figure I.20 – Influence du motif de tissage sur la courbe σ = f(ε) d’un essai de traction [Osada

et al., 2003]

L’explication fournie par la littérature est que moins il y a d’ondulation dans le tissu, plus il est difficile de mettre en flexion les torons de fibres transverses ; ceci a pour effet de retarder l’apparition des premières fissures. Ceci explique la différence dans l’apparition de ce knee-point entre les deux tissus étudiés.

Pour mettre en évidence cette influence du motif de tissage, [Daggumati et al., 2011]

a eu recours à la corrélation d’images numériques. Sur les analyses de la Figure I.21, les déformations maximales se situent aux points de tissage et forment un angle soit de 27° soit de 63° par rapport à la direction de chargement. Ces déformations sont à l’origine des premières ruptures matricielles.

Il faut noter que pour les tissus à base de fibres de carbone, ce phénomène est moins marqué, parfois même inexistant.[Daggumati et al., 2013]observe même une rigidification (i.e. une inflexion croissante) dans la courbe de traction. Cela est dû au fait que les stratifiés tissés peuvent se déplier avec l’augmentation de la charge et l’endommagement de la résine. Une compétition entre l’endommagement de la résine et l’alignement des fibres s’enclenche alors et influe donc la réponse du stratifié matérialisée par la courbe σ = f(ε).

Dans ses travaux de thèse portant sur la fatigue dans les stratifiés tissés, [Rouault, 2013]

montre aussi que la géométrie du tissage joue un rôle prépondérant dans l’endommagement, et plus précisément sur la direction de propagation d’une coupure dans le cas où le stratifié est sollicité dans son plan. Des différences de comportement ont aussi été observées par

[Ganesh et Naik, 1995] pour un même motif mais pour un arrangement différent des torons de fibres. En effet, les résultats montrent que les modules d’Young et les contraintes à rupture en cisaillement plan sont impactés. Les trois configurations de la Figure I.22 n’ont pas les mêmes propriétés. Ainsi, la configuration C1 présente une limite à rupture supérieure aux deux autres mais un module d’Young plus faible en cisaillement plan.

Figure I.22 – Influence de la séquence d’empilement d’un tissu sur les propriétés mécaniques

[Ganesh et Naik, 1995]

Comportement à l’impact

La conclusion principale pour les cas de chargement statiques ou de fatigue est valide pour les impacts. En effet, [Kim et Sham, 2000]et[Kim, 2008] ont effectué des C-Scan de plaques tissées et d’autres avec de l’UD après des impacts au poids tombant. Ils révèlent que les dommages sont plus restreints dans le cas de stratifiés tissés que dans les stratifiés non-tissés. Plus précisément, les dommages sont identiques sur la face supérieure alors que sur la face opposée à l’impact le dommage est beaucoup plus important dans le cas de la plaque avec UD (Figure I.23). Cela est conforme avec ce qui a déjà été présenté précédemment puisque les UD sont plus sensibles aux ruptures de matrice que les tissus. Ces fissures se propagent donc plus facilement dans l’épaisseur et initient plus facilement des délaminages.

Figure I.23 – Comparaison des délaminages par C-Scan pour (a) un stratifié tissé et (b) un stratifié unidirectionnel [Kim et Sham, 2000]& [Kim, 2008]

Les fissures matricielles sont donc au cœur de la réponse d’un stratifié à l’impact. C’est pourquoi plusieurs auteurs ont décidé d’en savoir plus sur l’influence de la résine, comme

[Vieille et al., 2013]. Trois types de résines ont été étudiées : une thermodurcissable (époxyde) et deux thermoplastiques (PEEK et PPS). Sur la Figure I.24, le faciès de rupture montre une rupture en forme de croix sur la face opposée à l’impact avec un délaminage en forme de losange.

Figure I.24 – Faciès de rupture pour un stratifié tissé carbone pour trois résines à (a) 6 J, (b) 10.5 J, (c) 17 J et (d) 25 J [Vieille et al., 2013]

Cependant, sur la face impactée, l’endommagement est localisé sous l’impacteur. Le stra-tifié constitué de l’époxyde délamine plus que les deux autres(Figure I.25). Ainsi, l’utilisation d’une résine PPS pourrait être très bénéfique dans le cadre d’une optimisation d’une structure tissée.

Figure I.25 – Surfaces délaminées en fonction de l’énergie d’impact pour un stratifié carbone avec trois résines différentes[Vieille et al., 2013]

Les principales caractéristiques influençant le mécanisme d’endommagement sont donc : — La résistance intrinsèque du tissu

— Les régions riches en résine où des déformations plastiques peuvent se développer — Une propagation de fissure qui suit l’ondulation des torons créant ainsi une large surface

de délaminage

— Des délaminages qui se développent depuis la face impactée jusqu’à la face arrière en forme de losange

I.2.2.5 Bilan sur le comportement d’un stratifié tissé soumis à des chargements