Présentation
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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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Approche expérimentale
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1. Approche thermodynamique
R.A. Gledhill et A.J. Kinloch [118] ont considéré, en observant la perte de résistance d’assemblages collés à des substrats en acier après immersion dans l’eau, une prédiction thermodynamique de la tenue dans le temps de l’interface fer oxydé/adhésif. Cette stabilité intrinsèque de l’interface substrat/adhésif, en présence de tout environnement liquide, peut être déterminée à travers l’évaluation du travail d’adhésion substrat (S) – adhésif (A) W SA, énergie requise pour séparer de manière réversible une unité d’aire d’interface en deux parties.
Si des forces secondaires agissent à l’interface [type Van der Waals (D) et acide-base (AB) de Lewis], en absence de chimisorption, d’ancrage mécanique et d’interdiffusion, le travail thermodynamique d’adhésion W SA (J·m-2) s’exprime par les relations :
En présence de liquide L, le travail thermodynamique d’adhésion W SLA est évalué par les relations :
...
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