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NOTE DE L'ÉDITEUR
La série de normes NF EN ISO 12215 citée dans cet article a été remplacée par : NF EN ISO 12215-1 à -6 (J95-046-1 à -6) : Petits navires - Construction de coques et échantillons :
– Partie 1 : Matériaux : Résines thermodurcissables, renforcement de fibres de verre, stratifié de référence
- Partie 2: Matériaux: Matériaux d'âme pour les constructions de type sandwich, matériaux enrobés
- Partie 3 : matériaux : acier, alliages d'aluminium, bois, autres matériaux
- Partie 4 : ateliers de construction et fabrication
- Partie 5 : pressions de conception pour monocoques, contraintes de conception, détermination de l'échantillonnage
- Partie 6 : Dispositions structurelles et détails de construction
Révision 2018.
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1810 (novembre 2018).
RÉSUMÉ
La durabilité des composites à matrice organique (CMO) avec des renforts fibreux met en jeu des phénomènes complexes. Cet article définit ces mécanismes susceptibles de contribuer à la dégradation des propriétés de ces matériaux et présente des méthodologies d’étude de comportement à long terme. La compréhension de ces mécanismes de dégradation impose des connaissances en chimie, physico-chimie, mécanique, ainsi que des modèles de prévision fiables. Un recensement est effectué des différents phénomènes de vieillissement rencontrés sur des CMO en application structurale.
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-
Bruno MORTAIGNE : Docteur en matériaux de l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers (ENSAM) - Spécialiste « Matériaux » - Délégation Générale pour l’Armement (DGA)
INTRODUCTION
Létablissement de critères et de modèles permettant de prévoir le comportement à long terme des composites à matrice organique (CMO) avec des renforts fibreux est un enjeu important pour les concepteurs et pour les utilisateurs. L’optimisation des performances des matériels, et en conséquence des matériaux qui servent à les élaborer, sur des durées de plus en plus longues nécessite de disposer de modèles de plus en plus fiables, prenant en compte l’ensemble des sollicitations subies et des dégradations induites avec leur mode de propagation en service. Ce comportement se doit d’être totalement intégré à la certification des structures CMO avant leur utilisation.
La durabilité met en jeu des phénomènes complexes, ce qui nécessite de comprendre les mécanismes de dégradation en cause et de coupler des connaissances de chimie, de physico-chimie, de mécanique, de simulation numérique pour aboutir à des modèles de prévision du comportement fiables, conduisant à faire coopérer des équipes pluridisciplinaires à leur étude. Pour mieux prévoir leur comportement à long terme, il est nécessaire de réaliser des vieillissements accélérés et de les corréler aux vieillissements de ces mêmes matériaux, dans leur configuration structurale, et dans leurs conditions d’emploi usuels. Le facteur d’accélération choisit ne doit pas modifier les mécanismes d’évolution du matériau, tous les facteurs d’influence doivent être explorés et leur mode d’action doit être compris. Le retour d’expérience de leur comportement en environnement d’utilisation est primordial pour valider les modèles de prévision qui peuvent être élaborés.
Cet article tente de définir les mécanismes et les phénomènes susceptibles de contribuer à la dégradation des propriétés des matériaux composites ainsi que la méthode et les moyens de vieillissement à mettre en œuvre pour établir des modèles de prévision fiables du comportement à long terme, ou tout au moins pour en prévoir le comportement en utilisation. Il se focalise plus particulièrement sur les CMO utilisés pour des applications structurale et, recense à travers divers exemples, les phénomènes de vieillissement susceptibles d’être rencontrés en service. L’application de la méthode de prévision du comportement à long terme et des moyens d’essais à des exemples précis est rapportée dans l’article [AM 5 321].
Cet article vient en complément des différents articles relatifs aux études du vieillissement [AM 3 150], , [AM 3 152], [AM 3 153] et fait appels aux méthodes de caractérisation tant physico-chimiques [AM 3 271], [A 3 273], [AM 3 282], [AM 3 274], [P 3 764], [P 3 766], que mécaniques [AM 5 405] décrites par ailleurs dans les recueils des TI.
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5. Comportement en température et à l’humidité
La température et l’humidité sont les deux facteurs environnementaux auquel tout matériau est obligatoirement soumis dès la fin de sa mise en œuvre et qui affectent ses performances (figure 13).
Pour étudier le comportement d’un matériau composite dans un environnement pour lequel la température et l’humidité peuvent varier, il est nécessaire d’identifier correctement :
-
sa température en fonction de sa localisation dans la pièce à étudier et du temps ;
-
la concentration en humidité en fonction de sa localisation dans la pièce à étudier et du temps ;
-
la quantité totale d’eau absorbée en fonction du temps ;
-
les contraintes mécaniques induites par l’humidité et la température en fonction du temps ;
-
les modifications dimensionnelles en fonction du temps ;
-
les modifications induites sur les performances en fonction du temps.
5.1 Exposition en température
L’estimation de la température maximale à prendre en compte, paramètre limitatif de l’utilisation du CMO, est toujours une chose difficile à effectuer. Pour la déterminer, il convient de s’interroger sur les conditions d’emploi du matériau (température moyenne rencontrée, température maximale d’exposition, temps d’exposition), mais également sur son environnement (réflexion provoquée par l’environnement de la structure, température ambiante, propriétés des peintures : absorptivité et émissivité, ventilation adjacente) qui a une incidence majeure.
HAUT DE PAGE
Les phénomènes chimiques ou physiques modifiant le comportement des CMO sont généralement des phénomènes thermoactivés qui peuvent se modéliser en première approximation à partir d’une loi d’Arrhenius. Cette loi est basée sur une évolution du matériau dans son intégralité, bien que « physiquement » elle ne soit pas représentative.
Elle est utilisée dans le cas du suivi des dégradations des fonctions chimiques pour la prévision de la...
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BIBLIOGRAPHIE
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(3) - DONG (S.), GAUVIN (R.) - Application of dynamic mechanical analysis for the study of interfacial region in carbon fibre/epoxy composite materials. - Polymer Composite, , 414-420, 1993.
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