Vérification de précision de la mesure de déformation au moyen des capteurs laser

Dans le but de vérifier la précision de la mesure de déplacement par un capteur laser à température ambiante, les essais en traction, sur les éprouvettes de différents matériaux, sont effectués en utilisant trois types d’instrumentation de déformation. Les courbes « contrainte-déformation » sont tracées sur la base d’une contrainte-déformation mesurée par l’intermédiaire soit du capteur laser, soit des jauges collées sur deux faces opposées, soit des capteurs de déplacement LVDT. Les résultats de mesure extraites de ces courbes (la forme de courbe, le module Young, la résistance et la déformation à la rupture) seront comparés entre eux et avec les informations disponibles dans la littérature ou fournies par les fabricants pour évaluer la pertinence et le bien-fondé de l'utilisation du capteur laser.

II.2.4.1. Eprouvettes d’aluminium

Deux éprouvettes en Aluminium sont utilisées dans cette série d’essais. La mesure de déformation est simultanément effectuée au moyen des capteurs laser et des jauges. Puisque la mesure de déformation par des capteurs laser ne s’effectue que sur une seule face, quatre mesures distinctes sur les quatre faces de l’éprouvette (deux faces dans le sens de la largeur d’éprouvette sont dénommées « les faces principales 1 et 2 » tandis que les deux restantes, dans le sens de l’épaisseur d’éprouvette, sont dénommées « les faces latérales 1 et 2 ») ont été alternativement réalisées, voir la Figure 84. C’est-à-dire quatre essais sont effectués sur une même éprouvette en veillant à appliquer un niveau de sollicitation de 40 MPa de contrainte de traction. Cette petite contrainte assure que le matériau est encore dans le domaine de comportement réversible et donc la pertinence de la confrontation des mesures est garantie.

Température (°C) Temps Température cible Force à la rupture durée d'attente de 1h Force (N) Tcible RT

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La Figure 85 montre les courbes « contrainte-déformation » obtenues par des essais en traction sur différentes surfaces de deux éprouvettes et le Tableau 15 présente les valeurs du module Young de l’aluminium déduites des mesures obtenues par l’intermédiaire des capteurs laser et des jauges. Les résultats montrent que les deux mesures fournissent des valeurs très voisines du module d’Young (une différence moyenne de moins de 7 %) par rapport à ce qui est trouvé dans la littérature, un module d’Young d’aluminium de 70 MPa. En outre, la déviation moyenne entre deux mesures est inférieure à 3 %. Cependant, il est clair que la première partie de

la courbe « V-H » mesurée par des capteurs laser est fortement affectée par la courbure

d’éprouvette et que la mesure de déformation sur les faces latérales a probablement limité, dans une certaine mesure, cet effet. Ainsi, une élimination des éprouvettes trop incurvées est requise et une mesure de déformation sur les faces latérales devrait être prioritaire pour les essais en traction utilisant les capteurs laser comme une instrumentation.

Figure 84 : Mesure de déformation sur les faces principale (à gauche) et latérale (à droite)

Alum 1 _{Alum 2}

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(a) Eprouvette « Alum 1 »

(b) Eprouvette « Alum 2 »

Tableau 15 : Valeurs du module Young d’aluminium mesurées par différentes instrumentations sur les éprouvettes Alum 1 (à supérieur - a) et Alum 2 (à inférieur - b)

II.2.4.2. Eprouvettes de CFRP

La comparaison des résultats de la mesure de déformation en traction au moyen des différentes instrumentations s’effectue sur deux éprouvettes de CFRP testées à la température ambiante. La déformation de l’éprouvette CFRP-T20-3 est simultanément mesurée à la fois par le capteur laser et par des jauges collées sur deux surfaces opposées, Figure 86. Par contre, celle de l’éprouvette CFRP-T20-4 est mesurée à l’aide des capteurs de déplacement LVDT collés sur deux surfaces opposées, Figure 87. Du fait que la simultanéité de deux mesures de déformation, en utilisant des capteurs de laser et ceux de déplacement LVDT, ne peut pas être effectuée à cause d’une faible largeur des éprouvettes CFRP. En outre, puisque l’épaisseur des éprouvettes est très faible, de l’ordre de 1,2 mm, la mesure par des capteurs laser ne peut pas être réalisée sur la face associée à l’épaisseur de l’éprouvette mais uniquement sur les faces dites « principales ».

Les résultats concernant la mesure des déformations permettant la déduction du module Young du matériau CFRP, à température ambiante, par différentes instrumentations sont présentés sur la Figure 88 et dans le Tableau 16. L’écart entre des valeurs du module Young mesurées par différentes instrumentations et entre la valeur moyenne du module Young mesurée dans ce travail (168 MPa) et celle fournie par le fabricant (160 GPa) est moins de 10 %. Cela nous permet de conclure sur la pertinence et la fiabilité des mesures de déformation par le capteur laser sur des éprouvettes de type CFRP. Parce que la planéité de ces éprouvettes est peu affectée

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par des courbures significatives en raison des propriétés de la résine (une des propriétés les plus avantageuses de résines époxydes est leur faible retrait pendant le durcissement).

Figure 86 : Essai sur l’éprouvette CFRP-T20-3 utilisant à la fois des capteurs laser et des

jauges.

Figure 87 : Essai sur l’éprouvette CFRP-T20-1 en utilisant des capteurs laser (à gauche) et

l’éprouvette CFRP-T20-4 en utilisant des capteurs LVDT (à droite).

Figure 88 : Vérification de précision de la mesure de déformation par des capteurs laser sur les

éprouvettes CFRP, testées à 20°C

(a)

(b)

Tableau 16 : Valeurs du module Young du matériau CFRP mesurées par différentes instrumentations : (a) laser -

jauge ; (b) laser - LVDT

II.2.4.3. Eprouvette de TRC*

Il n’y a qu’un seul essai de traction à température ambiante sur l’éprouvette TRC*-T20-1 utilisant simultanément deux instrumentations, le capteur laser et les capteurs LVDT. La mesure

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de déformation par des capteurs laser s’effectue sur une face latérale de l’éprouvette tandis que celle par LVDT se réalise sur deux faces principales de l’éprouvette, Figure 89.

La courbe présentant le comportement du matériau TRC* au moyen des capteurs laser (en rouge, Figure 90) et celle issue de la moyenne des capteurs LVDT (en noir, tiret, Figure 90) sont quasiment confondues. Cela montre que la mesure de déformation par des capteurs laser sur le matériau TRC et TRC* et à des conditions ambiantes peut être tenu pour représentative du comportement des composites en question. En outre, en comparant avec les deux courbes « V-H » correspondant à deux capteurs LVDT individuels (LVDT 1 ou LVDT 2), il est une fois encore mis en exergue qu’une mesure de déformation par des capteurs laser sur la face latérale peut limiter l’effet de la courbure d’éprouvette provenant des défauts de la fabrication (comme montré dans le travail de Contamine [45], le voilement et la dissymétrie du renfort). Ces résultats confirment la pertinence de la procédure de mesure de la déformation de l’éprouvette TRC sur la face latérale à l’aide des capteurs laser.

Figure 89 : Mesure de déformation par des capteurs laser et des capteurs LVDT sur

l’éprouvette TRC*-T20-1

Figure 90 : Courbes “V-H” du matériau TRC* obtenues en utilisant des capteurs laser et des capteurs LVDT

II.2.4.4. Conclusion

En résumé, les mesures de déformation effectuées au moyen du capteur laser sont tout à fait compatibles, à température ambiante, avec les matériaux employés uniquement quand les éprouvettes présentent une planéité « satisfaisante » soit dans le cas des CFRP et de l’aluminium. Les résultats afférents peuvent dès lors être tenus pour représentatifs et fiables étant donné qu’ils sont très proches des mesures obtenues via une instrumentation différente et éprouvée. Néanmoins, compte tenu du fait que la mesure par laser, dans le cas d’espèce, ne soit possible que sur une seule face, les imperfections de planéité (essentiellement les courbures) sont de nature à remettre en question la représentativité des mesures obtenues, hormis dans le cas où la

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surface de mesure est l’une des « faces latérales » en accord avec les résultats obtenus par Contamine [45]. Dès lors, l’ensemble des essais conduits sur les composites textile-mortier s’appuieront avantageusement sur ce constat.

Enfin, comme mentionné plus haut, l’approche brièvement présentée pour développer ce protocole d’essai ne saurait, en toute rigueur, pleinement se satisfaire des résultats obtenus sans un ancrage expérimental supplémentaire visant à conforter les enseignements tirés et, idéalement, les étendre aux températures élevées. Pour autant, les quelques éléments obtenus sont de nature à lancer les bases d’une mise en place d’une méthodologie soignée et adaptée aux sollicitations thermomécaniques couplées.