Les phénomènes physiques en présence

Plusieurs facteurs peuvent influencer le comportement des renforts d’après les différents travaux consultés dans la littérature. Ces facteurs sont la vitesse de compaction [2,115–117], le recompactage (le nombre de cycles exercés sur le renfort) [2, 118, 118–121], la lubrification [116, 117, 119, 122], l’archi- tecture du renfort ou encore l’épaisseur du renfort [117, 123].

Mais dans cette section, nous allons plus nous focaliser sur les phénomènes physiques qui ont lieu au cours de la compaction d’un renfort sec et qui sont de nature à influencer le comportement de ce dernier. 1.8.3.1 Frottement entre les fibres

D’après [124], le frottement entre les fibres à diverses échelles a une forte influence sur le comporte- ment des renforts en compaction.

Dans [125], les auteurs ont étudié les phénomènes de frottement entre les fibres. Il en ressort de leurs études que des traitements de surface (oxydation dans ce cas) réalisés sur deux fibres de carbone avaient une influence sur leur comportement en friction. En effet, la modification de la rugosité engendrée par l’oxydation est à l’origine du changement de comportement en friction.

Certains chercheurs ont étudié la friction entre des torons de fibres [126]. Ils ont pu voir qu’avec l’augmentation de l’humidité relative, le coefficient de frottement entre deux torons de fibres de carbone diminuait. Ceci est dû à la lubrification apportée par l’eau. Par contre, ils ont aussi montré que l’ensimage réalisé sur les fibres n’avait pas d’impact important sur la friction entre les deux torons.

Différents auteurs ont étudié la friction entres des couches de tissus bidirectionnels. Pour certains, le but était de mesurer le coefficient de frottement dans le cadre de la mise en place d’un modèle de compaction [127] alors que pour d’autres, le but était de mieux comprendre comment les couches glissent les unes par rapport aux autres [128]. Ces auteurs ont montré que le frottement entre deux couches de tissu était un phénomène complexe en raison de la non-planéité de la surface de contact entre les deux couches. Hivet et al. [128] ont montré que le coefficient de frottement évolue sinusoïdalement avec le temps. Ils ont expliqué ceci par le fait qu’un toron d’une couche passe sur un autre toron parallèle d’une autre couche. Par la suite, ils ont réalisé des essais de friction répétés sur un même tissu et se sont intéressés à l’évolution du coefficient de frottement moyen en fonction du nombre de cycles. Les résultats montrent que le coefficient de frottement diminue en fonction du nombre de cycles et il devient constant quand le nombre de cycles devient de plus en plus élevé. Ce comportement est expliqué par la réorganisation des fibres dans le tissu et à une sorte de polissage des fibres dû l’abrasion générée par le frottement.

1.8.3.2 Réorganisation des fibres

Ce phénomène est essentiellement valable pour les renforts tissés bidirectionnels. Lorsqu’il s’agit d’un seul pli de tissu 2D, la compaction est gouvernée par deux phénomènes : l’écrasement des torons de fibres et leur déformation en flexion [129, 130]. Mais, suite à des études de compaction sur des empile- ments (plusieurs plis) de renforts 2D, les chercheurs ont découvert qu’il y avait un troisième phénomène qui s’ajoute aux deux précédents. Il s’agit du glissement des plis les uns par rapport les autres [131,132]. Ce glissement inter-plis prend le nom de « nesting ».

Ces trois phénomènes sont généralement inclus dans le mécanisme de réorganisation du renfort lors de

la compaction car ils sont tous relatifs à un glissement de fibres à diverses échelles [132, 133].

Selon [134], ces phénomènes expliquent pourquoi après une compaction, l’épaisseur d’un renfort est souvent moins importante que son épaisseur initiale.

Les trois mécanismes de réorganisation décrits précédemment sont illustrés par la figure 1.34. On peut y voir dans l’ordre : (a) l’écrasement des torons de fibres, (b) la déformation des torons et (c) le glissement inter-plis.

FIGURE1.34 – Phénomènes de réorganisation d’un renfort multicouches [132]

Dans le but de comprendre la déformation des renforts fibreux lors de la compaction, Chen et al. [135] ont effectué une analyse microstructurale sur trois types de renfort avant et après compaction. Il s’agit d’un renfort mat, d’un renfort UD et d’un tissé 2D. Leur idée était bien évidemment de comprendre les différents mécanismes physiques qui se manifestent derrière la déformation d’un renfort lorsqu’il est compacté.

Cette étude de la microstructure confirme les observations des sections précédentes et montre que cinq mécanismes physiques sont responsables de la compaction des renforts. Ces mécanismes sont ré- sumés sur la figure 1.35. De haut en bas, nous avons : la déformation de la section transversale des mèches/fils, l’aplatissement des mèches/fils, la déformation des mèches/fils en flexion, la compression des vides et le glissement de plis (ou nesting).

FIGURE1.35 – Les cinq mécanismes intervenant lors de la compaction d’après [135]

Le tableau 1.8 résume l’effet de ces mécanismes sur la compaction des différents renforts étudiés. On peut remarquer que le phénomène qui affecte le plus et de manière très significative le comportement

en compaction des trois types de renfort est la déformation de la section transversale des mèches/fils. La compression des vides est un facteur qui affecte plus les mats que les tissus. Le nesting est le phénomène le plus prépondérant dans la compaction des tissus mais il est totalement absent pour les mats. Enfin, l’aplatissement des mèches/fils n’intervient pratiquement pas dans le comportement en compaction des UD ; par contre, il a des influences sur le comportement des mats et des tissus.

Mécanismes physiques Influence selon le type de renfort

Mat UD Tissé 2D

Déformation de la section transversale des mèches/fils forte forte forte

Aplatissement des mèches/fils faible - forte

Déformation des mèches/fils en flexion faible faible faible

Compression des vides forte faible faible

Glissement de plis (Nesting) - faible forte

Tableau 1.8 – Influence des mécanismes de compaction selon Chen et al. [135]