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RÉSUMÉ
Cet article tente de refléter l’état de l’art des connaissances relatives à la durabilité des structures collées au sein de son environnement. Cette évaluation est conduite couramment par le biais d’essais de fatigue, cependant ils restent insuffisants et le recours à d’autres approches est nécessaire. Citons l’approche thermodynamique et l’approche expérimentale, mais également d’autres plus récentes utilisant le calcul numérique et les méthodes statistiques et probabilistes comme outil prédictif.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jacques-Alain PETIT : Docteur ès sciences - Professeur à l’École nationale d’ingénieurs de Tarbes (ENIT) - Laboratoire Génie de production
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Yves BAZIARD : Docteur ès sciences - Professeur à l’ENIT - Laboratoire Génie de production
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Valérie NASSIET : Docteur - Maître de conférences à l’ENIT - Laboratoire Génie de production
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Bouchra HASSOUNE-RHABBOUR : Docteur - Maître de conférences à l’ENIT - Laboratoire Génie de production
INTRODUCTION
Pour évaluer la fiabilité d’un matériau homogène et isotrope, des essais de fatigue sont communément utilisés pour déterminer le seuil d’endommagement du matériau par sa limite d’endurance. Si la rupture dans les joints collés était toujours localisée au sein de l’adhésif (cohésive), les concepts de la mécanique des milieux continus et de la mécanique de la rupture seraient suffisants pour dimensionner les structures collées à travers la détermination de critères de rupture. Malheureusement, comme nous l’avons évoqué dans la première partie consacrée à l’étude de la durabilité , les joints collés en milieu chaud ou humide se délaminent par affaiblissement de l’interface. Les phénomènes qui régissent l’établissement de l’interface ne sont pas encore complètement connus si bien que les lois d’évolution temporelle des interfaces substrat/adhésif ne sont pas encore établies.
Cependant, plusieurs approches permettent de fournir des « indicateurs » sur la durabilité de l’assemblage collé au sein de son environnement. L’approche thermodynamique propose, par exemple, un critère de stabilité du système adhésif. L’approche expérimentale, basée sur des essais mécaniques, permet de prédire le comportement des joints collés à partir d’essais accélérés effectués en laboratoire et de lois empiriques ou semi-empiriques. Les données de sortie sont soit des réductions de résistance mécanique, soit des évolutions d’énergies de rupture. L’expérimentateur se place alors, le plus souvent, dans un scénario de « qui peut le plus peut le moins ». D’autres approches prometteuses se sont développées ces dernières années. Elles sont basées sur le calcul numérique et sur l’usage de méthodes statistiques et probabilistes comme outil prédictif.
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Ingénierie de la durée de vie des assemblages collés structuraux
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2. Approche expérimentale
La plupart des tests mécaniques des assemblages collés, le plus souvent désignés à tort « tests d’adhérence », sollicitent l’ensemble de l’assemblage : substrats, adhésif et interfaces (figure 1). Les résultats de ces essais, exprimés sous la forme d’une force ou d’une contrainte de rupture ou même encore d’un taux critique de restitution d’énergie G c, sont alors représentatifs du comportement mécanique global de l’assemblage lors de la rupture. Ce comportement dépend des propriétés mécaniques des substrats, lesquels doivent demeurer dans le domaine de déformation macroscopique élastique, de l’adhésif sous forme de joint et des interfaces. Dans ces conditions, seuls les tests destructifs favorisant la rupture interfaciale substrat/adhésif par une concentration des contraintes maximales près de l’interface peuvent être qualifiés de tests d’adhérence. Et G c est alors l’énergie d’adhérence (J·m-2).
2.1 Essais d’adhérence et essais de durabilité
Les seuls tests d’adhérence sont ceux qui mesurent la résistance de l’interface par une force ou une énergie de séparation dont la valeur expérimentale est associée à une localisation interfaciale de la rupture. Ainsi, les essais classiques de cisaillement (à simple, double, quadruple recouvrement) et de pelage (sous angle variable) ne sont pas de réels essais d’adhérence, sauf s’il y a rupture interfaciale, puisqu’ils ne concentrent pas les contraintes à l’interface. Les résultats qu’ils fournissent d’un point de vue macroscopique, à travers l’évolution d’une grandeur expérimentale, n’en sont pas moins importants pour le concepteur. En effet, les assemblages collés sont dimensionnés pour supporter les contraintes en service sans se rompre et toute rupture éventuelle doit être cohésive dans l’adhésif et non adhésive à l’interface. Cela implique que la résistance interfaciale, ou adhérence, soit supérieure à la résistance à la rupture de l’adhésif dans le joint. Le problème se complique, puisqu’il ne suffit pas de se satisfaire d’une adhérence élevée juste après élaboration de l’assemblage, mais aussi que celle-ci soit pérenne en service sous sollicitations...
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