Matériaux composites en électromagnétisme - Caractérisation

Le but de cet article est de familiariser le lecteur avec différentes techniques de mesure et de caractérisation des matériaux composites volumiques ou bidimensionnels.

De nombreuses méthodes existent, rappelées au début de cet article. Ensuite, nous présentons quelques exemples de méthodes en espace libre. En effet, ces dernières sont souvent préférées aux techniques coaxiales, de cavité, d'interférométrie à un cornet ou de sondes à terminaison coaxiale ouverte pour les raisons qui suivent :

• les céramiques, les composites et les structures à métamatériaux sont des matériaux inhomogènes par suite même de leur procédé de fabrication. En guide d'onde, en coaxial, en cavité, des modes d'ordre supérieur au mode fondamental peuvent être excités et doivent être pris en compte dans le calcul ;

• par suite de leur hétérogénéité intrinsèque, de petits échantillons de matériau composite ne sont pas toujours représentatifs du matériau entier. Ils peuvent présenter des dispersions importantes changeant complètement les propriétés de réflexion et de transmission, ainsi que les propriétés intrinsèques des milieux. L’un des facteurs important à prendre en compte est la taille des inclusions (poudre, fibre, motif périodique) par rapport à la longueur d’onde, mais aussi l’homogénéité du mélange (répartition spatiale et/ou volumique) ;

• les méthodes en espace libre sont non destructives et sans contact. Elles sont parfaitement adaptées aux mesures sous incidence variable et pour des mesures en température relativement élevée ;

• avec les techniques en espace libre, des caractérisations large bande avec une grande plage d'angle d'incidence, des polarisations diverses et des conditions de température sont possibles sur des matériaux isotropes, anisotropes ou des milieux bi-anisotropes. Néanmoins, des mesures en guide d’onde sont souvent nécessaires en basse fréquence à condition que la taille des inclusions soit petite devant la longueur d’onde.

Une première remarque générale cependant ; de plus en plus souvent, les mesures sont corrélées à des simulations les plus complètes possibles, et la comparaison entre les deux approches apporte alors un éclairage important sur les propriétés réelles du matériau ou de la structure, au-delà de la dispersion due aux procédés de fabrication ou aux incertitudes liées à la méthode de mesure.

Une deuxième remarque souligne que les méthodes de mesure présentées dans la suite sont des méthodes globales permettant d’accéder aux propriétés effectives du matériau. Cependant, elles pourront être couplées également à des méthodes d’analyse de la structure microscopique du même matériau, en particulier pour les matériaux composites hétérogènes.

Cet article vient compléter une série d'articles portant sur les matériaux composites en électromagnétisme :

[E 1 164] Matériaux composites en électromagnétisme – Notions fondamentales ;

[E 1 165] Matériaux composites électromagnétiques et métamatériaux ;

[E 1 166] Matériaux composites en électromagnétisme – Matériaux absorbants radar.

Les sujets peuvent se lire indépendamment les uns des autres. Cependant, le lecteur pourra être amené à se reporter aux autres fascicules pour certaines notions.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.