II.6.1 Renfort mat
Au cours de l’étude du renfort mat, nous avons pu observer, grâce aux essais de caractérisation ex situ, qu’il n’y avait aucune influence sur le comportement de ce renfort en décompression induite par l’état de l’échantillon (sec ou imprégné par des fluides de différentes viscosités). Au premier abord et suite à l’analyse de l’existant préalablement menée, nous pourrions penser que ces résultats sont en contradiction avec ce que nous connaissons du comportement des renforts à l’état imprégné ou sec. A ce sujet, la littérature scientifique permet de conclure que dans le cas d’une phase de compression, un renfort imprégné se déforme davantage qu’un renfort sec (cf. §II.1.2). Ce plus haut degré de compaction d’une préforme imprégnée est principalement attribué à la lubrification des fibres. Ces conclusions unanimes ne sont nullement remises en cause par nos résultats expérimentaux et vont dans ce sens : la hauteur moyenne relevée pour le renfort mat imprégné en fin de compression est de 2.87 mm (± 0.02 mm) (pour les deux huiles et toutes vitesses de déformation confondues), tandis que le renfort sec présente une hauteur en fin de compression moyenne plus élevée (2.95 mm ± 0.02 mm). Dans le cas de notre étude, nous nous focalisons exclusivement sur la phase de décompression, qui est rarement mise en avant dans la littérature. L’indicateur du suivi de l’évolution du comportement du renfort est la déformation
vraie (𝜀𝑈𝑇𝑀 = 0 en début de décompression). Nous avons opté pour le choix de la
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déformation nominale), car la formule de la dérivée par rapport au temps qui découle de l’expression de cette déformation, est directement utilisée sous cette forme dans l’équation de continuité régissant le phénomène d’interaction fluide-structure lors des essais d’infusion sous vide.
De même, aucune influence de la vitesse de déformation n’est remarquée sur le comportement du renfort mat soumis à la décompression, tout au moins pour la gamme de vitesses représentative des essais de caractérisation in situ (expériences d’infusion sous vide). Ces résultats viennent donc compléter ceux de la littérature, où la caractérisation de la compression et de la décompression d’un renfort mat de même type avait déjà été menée [61], mais pour une gamme de vitesses de déformation plus importantes (vitesses supérieures à
2 mm.min-1, cf. Figure 25). Aucun effet notable de la vitesse de déformation n’avait été
constaté sur le comportement d’un tel renfort. Désormais, il est possible d’avancer que même pour des vitesses de déformation plus faibles, un tel effet n’est pas non plus constaté dans le cas d’un renfort de ce type.
De ce fait, nous pouvons établir que le comportement d’un renfort mat, dans ce contexte, ne semble pas présenter de caractère viscoélastique. Cette affirmation justifie également les observations effectuées lors de l’analyse des profils de pression et de hauteur au cours du temps, relevés lors de la caractérisation in situ des renforts, où une réponse simultanée entre les deux grandeurs semblait avoir lieu, laissant sous-entendre qu’une simple relation indépendante du temps, entre la pression du fluide (et donc la contrainte, via la loi de Terzaghi) et la déformation, pouvait décrire le comportement d’un tel renfort.
Par conséquent, la simple caractérisation de renforts secs soumis à la décompression semble suffire pour recueillir les données expérimentales nécessaires à l’écriture de la loi de comportement du renfort mat. Le choix de la vitesse de déformation retenue pour les essais peut se faire arbitrairement, dans la gamme de vitesses représentatives des essais d’infusion
sous vide (ici, entre 0.2 mm.min-1 et 1 mm.min-1). Cela permet de s’affranchir d’autres essais
à des vitesses de déformations différentes et d’éviter l’utilisation d’un montage de caractérisation expérimental plus complexe (celui destiné aux plis imprégnés) en comparaison au simple emploi de plateaux de compression seuls (cf. Figure 37).
II.6.2 Renfort tissé
Dans le cas du renfort tissé, un comportement différent de celui du renfort mat a été mis en valeur lors des essais de caractérisation ex situ pour les gammes de vitesses de déformation testées. La viscosité du fluide imprégnant le renfort montre cette fois une influence non négligeable sur son comportement en décompression, de telle manière que l’on puisse relever, pour toute contrainte, une déformation plus importante à mesure que la viscosité du fluide augmente. Ce constat englobe également le cas des renforts secs, en assimilant l’air à un
fluide de viscosité µ=2.10-5 Pa.s (à température ambiante). Par conséquent, une différence
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De plus, la vitesse de déformation imposée en déchargement semble impacter de manière plus significative le comportement du renfort tissé lors des essais de caractérisation ex situ, vis-à-vis du renfort mat. En effet, les renforts montrent une déformation de plus en plus importante, à mesure que la vitesse de déformation diminue. Ce comportement est davantage
remarquable dans les faibles vitesses (entre 0.2 mm.min-1 et 0.05 mm.min-1), que dans les
vitesses de déformation plus élevées. Une telle étude de comparaison a déjà été réalisée sur un renfort de même architecture, de type sergé, pour la même gamme de vitesses (entre
0.05 mm.min-1 et 1 mm.min-1) [65]. Dans ce contexte, aucune influence de la vitesse de
déformation sur le comportement du renfort n’avait été mise en valeur (cf. Figure 25). Cependant, les conditions expérimentales employées différaient de celles de notre champ d’étude actuel, rendant difficile une extrapolation de leurs conclusions à tous les cas de figures et en particulier au nôtre. En l’occurrence, seule la phase de compression avait été explorée et pour des valeurs de pression bien au-delà des valeurs qui nous concernent (supérieures à 0.1 MPa, alors que dans la présente étude, nous nous situions entre 0 MPa et 0.09 MPa). De ce fait, nos résultats ne viennent pas contredire, mais plutôt compléter les résultats précédents concernant les renforts tissés de type sergé, dans la mesure où les conditions expérimentales de notre étude se distinguent de celles précédemment appliquées dans la littérature.
Par conséquent, le renfort tissé étudié laisse transparaître clairement un caractère viscoélastique, de par la dépendance de son comportement mécanique vis-à-vis des vitesses de déformation (et donc, indirectement du temps). Ceci confirme les premiers constats préalablement établis lors des essais de caractérisation in situ, pour lesquels un retard avait été observé entre les variations de pression et les variations de hauteur de la préforme, que l’on pouvait assimiler au fluage. Ces observations présageaient qu’une simple relation entre la pression du fluide (ou la contrainte) et la déformation ne serait pas suffisante pour décrire le comportement du renfort et que la dépendance au temps serait à prendre en compte dans l’expression de la loi de comportement du renfort tissé.
Ainsi, afin d’obtenir les données expérimentales nécessaires à l’élaboration de la loi de comportement caractéristique de ce type de renfort, il semble difficile de s’affranchir de la mise en place de plusieurs expériences de caractérisation. Tout d’abord, la caractérisation des plis secs n’est pas représentative du comportement en décompression lors d’un procédé d’infusion sous vide et n’est donc pas requise. Par conséquent, seule la caractérisation des plis imprégnés, en utilisant le montage expérimental adéquat, semble adaptée. Il faudra cependant prêter attention à la gamme de viscosité du fluide, afin que celle-ci corresponde à celle utilisée pour les expériences d’infusion sous vide. Enfin, il paraît indispensable de conduire ces essais de caractérisation pour plusieurs vitesses de déformation, car la réalisation d’essais pour une unique vitesse de déformation ne permettrait pas de reproduire fidèlement le comportement du renfort qui s’opère lors de sa phase de décompression au cours d’une expérience d’infusion sous vide, compte tenu de la gamme de vitesses mise en jeu.
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Chapitre III
D
EFINITION DES LOIS CONSTITUTIVES DES RENFORTS
Ce troisième chapitre est dédié à la présentation des deux lois constitutives du renfort, nécessaires à la modélisation de la phase de remplissage du moule par un procédé d’infusion sous vide de type VARI, pendant laquelle la préforme subit une décompression à l’état imprégné. La première loi à considérer est la loi de comportement mécanique du renfort sollicité dans l’épaisseur. Sa définition est rendue possible par l’exploitation des résultats issus de la caractérisation ex situ des renforts, présentée au chapitre précédent. Celle-ci a fait l’objet d’une analyse approfondie afin de préciser l’influence sur le comportement mécanique, de la vitesse de déformation et de la viscosité du fluide pour des gammes de vitesses et de viscosités représentatives des essais d’infusion sous vide menés (caractérisation in situ). La seconde loi à prendre en compte dans le modèle d’infusion est la loi de perméabilité, dont la définition précise est aussi indispensable en vue de prédire les phénomènes d’interaction fluide-structure se manifestant lors de l’imprégnation de la préforme.