Profilométrie sur dalles

La profilométrie ne constitue pas une fin en soi : elle nous a permis d'avoir une première idée de la forme - encore que ce terme soit inadéquat dans le cas présent car nous ne nous intéressons pas à des écarts de forme de la surface. Cette appréciation qualitative est étayée par le calcul des différents paramètres d'ondulation et de rugosité, définis précédemment dans le Tableau 30.

Le profil obtenu dans un premier temps est le profil total non filtré.

Figure 53 : profil total sur dalle polie PA1 (profilométrie)

Ce profil total est défini par les 3 paramètres principaux d'état de surface Pa

("rugosité" moyenne), Pp (hauteur de la saillie maximale) et Pt (profondeur totale du profil), par rapport à la ligne moyenne.

Nous avons ensuite procédé au filtrage du profil total de façon à mettre en évidence les grandes longueurs d'onde (ondulation) et les petites longueurs d'onde (rugosité). La longueur d'onde limite λc qui est la longueur d'onde d'une onde sinusoïdale qui est encore retransmise à 50 % de son amplitude initiale, a été choisie égale à 0,8 mm.

Mais comment savoir si le bon filtre a été choisi ?

Une première indication est la forme de l'ondulation qui doit correspondre au mieux à la forme générale du profil total; il faut bien entendu éviter d'écraser l'ondulation générale du profil. Ensuite, il est intéressant de comparer les paramètres Pa et Wa, ainsi que Pt et Wt, qui doivent être semblables entre le profil total et l'ondulation. En effet, s'il y a une trop grande différence, cela signifie que les saillies et les creux ont été trop écrêtés par une longueur d'onde limite trop grande.

Il existe une série de normes (allemandes, françaises, américaines,...) qui donnent des indications sur le filtre à choisir en fonction de la périodicité ou de l'absence de périodicité du profil total, la plus souvent liée au mode de préparation de la pièce mécanique (tournage, fraisage, rodage,...). Mais ces règles sont quelque peu inadaptées dans notre cas.

Nous avons donc travaillé par essais et erreurs, en cherchant le filtrage qui détruisait le moins l'allure générale du profil total.

Ce filtrage a permis d'obtenir l'ondulation et la rugosité du profil total, définis par leurs principaux paramètres.

Figure 54 : ondulation sur dalle polie PA1 (profilométrie)

Tableau 32 : paramètres d'ondulation et de rugosité des dalles sablées et polies (en µm) Ondulation Rugosité Paramètre Dalles sablées Dalles polies Paramètre Dalles sablées Dalles polies Wa 130,49 19,5 Ra 16,22 8,38 Wp 395,63 42,2 Rp 29,06 17,03 Wq 162,47 26,61 Rq 19,79 10,43 Wv 366,62 105,21 Rz 15,76 11,83 Wt 797,64 149,73 Rt 121,93 102,46 Sk - 0,09 - 0,23 Il apparaît que :

− paramètre Xp (hauteur de saillie maximale) : pour ce qui concerne le profil d'ondulation, Wp est 9,4 fois plus grand pour les dalles sablées que pour les dalles polies. Dans le cas du profil de rugosité, ce rapport vaut seulement 1,7;

− paramètre Xt (hauteur maximale du profil) : pour le profil d'ondulation, le rapport entre dalles sablées et dalles polies vaut 5,3 tandis qu'il vaut 1,2 pour la rugosité.

A partir de ces deux paramètres (Xp et Xt), il est possible de déterminer la valeur de la profondeur de creux maximal puisque Xt = Xp + Xm.

Tableau 33 : calcul du paramètre Xm (en µm)

Dalles sablées Dalles polies Rapport

dalles sablées/dalles polies

Ondulation Wm 399,01 107,53 3,7

Rugosité Rm 92,87 85,43 1,1

Il est par conséquent évident que les saillies sont beaucoup plus importantes pour les dalles sablées que pour les dalles polies tandis que les creux, pour autant que le palpeur puisse les détecter et mesurer leur profondeur, restent toujours plus profonds pour les dalles sablées que pour les dalles polies, mais dans une proportion nettement plus faible (3,7 fois pour l'ondulation et seulement 1,1 fois pour la rugosité). Cette observation semble logique dans la mesure où le sablage n'a que peu d'effet en profondeur mais agit plutôt sur la partie en saillie, en éliminant la partie tendre (pâte de ciment) et en

conservant la partie dure (granulats).

− Paramètre Xa (écart moyen arithmétique du profil) : cet écart est nettement plus large pour les dalles sablées que pour les dalles polies en ondulation (6,7 fois) alors que cet écart est à nouveau plus faible pour la rugosité (1,9 fois).

− Paramètre Xq (écart moyen quadratique du profil) : les mêmes conclusions peuvent être tirées de l'étude de ce paramètre.

− Paramètre Sk (asymétrie) : une asymétrie négative signifie que le maximum de la courbe de distribution d'amplitude se trouve au-dessus de la ligne moyenne. Ceci est

particulièrement vrai pour les surfaces polies qui obtiennent un résultat 2,6 fois plus grand que pour les surfaces sablées. La surface polie présente donc de meilleures caractéristiques de portance, ce qui sera confirmé dans le chapitre suivant.

L'analyse de ces paramètres permet de toute façon de noter que la différence entre les paramètres relatifs aux dalles sablées et polies se marque avant tout au niveau du profil d'ondulation. La rugosité, telle que définie ici (hauteur maximale du profil Rt de l'ordre de 90 µm, largeur des creux de quelques µm), concerne plutôt ce qu'il convient d'appeler la porosité de surface de la pâte de ciment et accessoirement celle des granulats s'il y a lieu d'en tenir compte. C'est donc l'ondulation qui va jouer au niveau de l'interpénétration mécanique et surtout de l'augmentation de la surface spécifique du support.

Nous avons réalisé une analyse discriminante basée sur la comparaison de 3 ou 4 paramètres (Xa, Xt, Xp + Xq) de façon à différencier les préparations de dalle du point de vue de leur rugosité et surtout dans le but de mettre en évidence le caractère discriminant de tel paramètre. Nous avons de plus introduit une variable supplémentaire qui est le filtrage du signal enregistré ; nous obtenons ainsi un tableau d’analyse dont les variables sont :

− le type de préparation de dalle (sablée ou polie) ;

− le filtrage du signal (profil total, ondulation, rugosité) ;

− le paramètre d’état de surface (Xa, Xt, Xp + Xq21).

Nous avons alors vérifié le caractère discriminant des paramètres d’état de surface pour un type de filtrage donné ; dans tous les cas, et comme on s’y attendait par un simple examen visuel des résultats, les paramètres analysés permettent de discriminer les surfaces sablées et polies, avec un taux de reclassement de 100 %.

Le programme STATISTICA permet également de vérifier que le caractère discriminant entre les états de surface est conservé si l’on ne prend en compte qu’une partie ou une seule des variables. Cet exercice a permis de montrer que, dans tous les cas de filtrage, c’est la variable Xa qui est la plus discriminante entre le sablage et le polissage, avec un taux de reclassement de 100 %.

Nous pouvons également noter que les 4 variables sont assez fortement corrélées, ce qui n’est pas non plus surprenant dans la mesure où elle ne sont que des représentations géométriques différentes d’une même mesure.

Ces résultats sont pour nous fondamentaux : dans l’essai de représentation modélisée de la surface, nous savons maintenant que le paramètre Xa joue un rôle important et que sa mesure va nous permettre de discriminer des états de surface.

21 _{le paramètre R}

q n’a pas été introduit dans l’analyse basée sur le profil total car, dans ce cas, la mesure n’a