Chapitre III: Influence des nano-charges de noir de carbone sur le
III. Comportement mécanique suite à l’amélioration de la dispersion et de la taille des granulés
III.6 Suivi d’endommagement par émission acoustique
III.6.1 Emission acoustique (EA) : Généralités
L’émission acoustique est définie comme un phénomène de libération d’énergie sous forme
d’ondes élastiques transitoires au sein d’un matériau soumis à une sollicitation [26]. Cette
libération d’énergie est le résultat de modifications microstructurales (réarrangement de matière
par des micro-déplacements internes au matériau comme les déformations élastiques ou
plastiques voir l’amorçage et la propagation de fissures). L’émission acoustique est une technique
sensible à la croissance et la multiplication de défauts dans un matériau soumis à une sollicitation
mécanique. Elle ne permet en aucun cas la détection de défauts statiques ou non évolutifs
initialement présents dans le matériau. La détection est effectuée { l’aide de capteurs
piézoélectriques qui transforment les ondes mécaniques du matériau en signaux électriques. Ce
signal est ensuite amplifié avant d’être analysé (Figure 24). L’utilisation de plusieurs capteurs
permet de localiser précisément la source d’émission (deux capteurs permettent par exemple une
localisation linéaire). Cette localisation dépend des temps d’arrivée des signaux au niveau des
capteurs et de la vitesse de propagation des ondes au sein du matériau considéré [24][25].
Figure 24 : Synoptique d’un système d’émission acoustique
III.6.2 Paramètres d’émission acoustique discrète
Il existe deux types d’émission acoustique. La première, l’émission continue, correspond {
l’augmentation ponctuelle d’un bruit de fond lié à la superposition de nombreuses salves. La
seconde, l’émission discrète, se caractérise par des événements de courte durée ayant une forme
oscillatoire et une forte énergie. Les endommagements dans les matériaux composites, quelle que
soit leur origine (délaminage, décohésion fibre/matrice, fissuration matricielle, rupture de fibres)
se manifestent davantage par une émission de type discrète. L’identification des sources
émissives, c’est-à-dire la recherche du mécanisme à l’origine de l’émission, est réalisée à partir de
Système d’acquisition Préamplificateur Capteur piézoélectrique Onde acoustique Evénement EA F F Signal EA
106
l’analyse des formes d’ondes et des paramètres de salves. Chaque mécanisme est supposé avoir sa
propre signature acoustique [27]. Dans un premier temps, un seuil en dB, au-dessous duquel
aucune salve n’est enregistrée, est fixé. Ensuite un certain nombre de paramètres sont définis à
partir de ce seuil [26] (Figure 25):
Figure 25 : Principaux paramètres mesurés sur une salve d’émission acoustique
[28]
Durée (µs) : temps écoulé entre le premier et le dernier dépassement de seuil de la salve ;
Amplitude (dB) : amplitude maximale atteinte sur la durée de la salve ;
Temps de montée (µs): temps écoulé entre le premier dépassement de seuil et l’amplitude
maximale ;
Nombre de coups: nombre de dépassement de seuil sur la durée de la salve ;
Nombre de coups au pic: nombre de coups entre le premier dépassement de seuil et le pic
d’amplitude maximum;
Energie (J) : intégrale du signal au carré sur la durée de la salve ;
Fréquence moyenne: nombre de coups divisé par la durée ;
Fréquence moyenne :
;
Fréquence d'initiation :
;
Fréquence de réverbération :
.
III.6.3 Traitement des données acoustiques
Différents moyens de traitement permettent d'analyser les données d'EA enregistrées au cours
d'un essai. Toutes ces analyses reposent sur l'étude de différentes grandeurs mesurées ou extraites
à partir du signal détecté. Pour discriminer les sources d'EA, c'est-à-dire pour établir une
corrélation entre les mécanismes physiques { l'origine de l’EA et les caractéristiques des signaux
obtenus, deux méthodes de discrimination existent et peuvent être complémentaires :
III.6.3.1Discrimination mono-variable
C’est une approche qui permet de discriminer les mécanismes d’endommagement et de les
associer { des signatures d’EA, à travers une analyse empirique mono-paramètre. C’est une
segmentation suivant un seul paramètre choisi comme un descripteur pertinent, par exemple
l’amplitude ou la fréquence.
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De nombreuses études ont porté sur le traitement des données de l’émission acoustique par
l’analyse mono-variable, en utilisant l’amplitude comme descripteur pertinent.
Benzeggagh et al [29], Chen et al [30], Barre et al [31], Karger-Kocsis et al [32] et Ceysson et al [33]
se sont intéressés { l’évolution de l’amplitude des signaux d’émission acoustique reçus lors des
essais de flexion et de traction monotone sur différents types de matériaux composites.
L’application d’une approche expérimentale, basée sur l’analyse des signaux d’EA et combinée
aux observations microscopiques, a conduit { la proposition d’un modèle schématique des
différents modes d’endommagement, en leur attribuant un intervalle d’amplitude
caractéristique (Figure 26).
3 zones d’amplitudes ont été identifiées :
- La fissuration matricielle ;
- La décohésion renfort/matrice ;
- La rupture des renforts.
Figure 26: Synthèse des zones d’amplitude associées aux différents modes de rupture
[34]
De travaux récents [35,36] ont porté aussi sur la caractérisation d’endommagement par l’EA sur
des composites à fibres naturelles. Des domaines d’amplitudes ont été établis pour chaque type
d’endommagement avec une analyse mono-variable (Tableau 3).
Alouer
[35]
Bonnafous[36]
Fissuration matricielle 40-55 dB 50-57dB
Décohésion fibre/matrice 60-65 dB 54-65dB
Déchaussement des fibres 65-85 dB ----
Rupture des fibres 85-95 dB 64-73dB
Tableau 3 : Synthèse des zones d’amplitude associées aux différents modes de rupture pour des composites à fibres naturelles