|
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS
UN
MATÉRIAU COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
V T V I C A C T
|
MEMOIRE DE MASTER II RECHERCHE
|
|
2008-2009
|
|
|
A
.
JvIes 4pouses
|
MEMOIRE DE MASTER II RECHERCHE
|
|
2008-2009
|
|
|
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS
UN
MATÉRIAU COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
R T .M T R C I T .M T J1 T' S
Ce travail de recherche est le fruit d'une collaboration entre
le laboratoire de mécanique, matériaux ,structure et productique
( L2MSP ) de l'unité de formation doctorale de physique et sciences de
l'ingénieur de l'université de Douala et la société
HYDRAC S.A (HYDROCARBURES-ANALYSES-CONTROLES ),laboratoires certifiées
ISO 9001 :2008 et ISO 14001 :2004.
J'adresse tous mes remerciements aux personnalités
suivantes :
· Dr ATANGANA ATEBA Jean, responsable du Laboratoire de
Mécanique, Matériaux, Structure et Productique (L2MSP) pour sa
disponibilité, le suivi et l'encadrement de ce travail sans oublier les
enseignements reçus de ce dernier.
· Dr NTENGA Richard, en tant qu'enseignant du L2MSP et
surtout pour son encadrement.
· Mr MOUSSA BAKOURA, Expert CND niveau 3, HYDRAC S.A pour
ses conseils dans la présentation des résultats.
· Mr NJENE EBONGO Hans, inspecteur certifié en
ultrason, HYDRAC S.A pour son assistance dans l'acquisition des données
en laboratoire d'ultrason.
· A tous les enseignants de l'unité de formation
doctorale en physique et sciences de l'ingénieur.
· A tous les membres de jury qui ont bien voulu se
prêter à l'évaluation de ce travail.
· A DJODA PAGORE, AYISSI Zacharie, NJOM Abel, NOAH
(INSA-LYON) pour leur assistance dans les corrections et relecture.
· Aux enfants NGO MBEI SOUMEYYA FAOUZANNE, NGO MBEY
AR-ROUBAI BALKIS, MBEI HABIBOU RAHMANE, ABOUBAKAR MBEI LISSOUCK pour leur
soutien moral et leur patience de mon absence tout au long de ce travail.
· A ABDALLAH MOUYAKAM, Imam SOULEYMAN MBOUEMBOUO, IBRAHIM
BIDIAS et NGO TIGYO FAIZA pour leur soutien moral.
MEMOIRE DE MASTER II RECHERCHE
|
|
2008-2009
|
|
|
|
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS
UN
MATÉRIAU COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
£ISrT DTS I~1JRTS
N° figure Intitulé Page
Fig1.1. Fig.1.2. Fig.1.3. Fig.2.1
|
Paramètres qui conditionnent les performances d'un
composite Concept d'interphase et d'interface
Rupture d'un composite à matrice céramique dans un
test de traction selon la qualité de l'interface
Surpression d'un gaz dans un piston en mouvement
|
6
7
8
10
|
|
Fig.2.2 Variation du volume d'une tranche de fluide 10
Fig.2.3 Mouvement d'une masse constante de gaz 11
Fig.2.4 Ondes progressives et régressives 13
Fig.2.5 Représentation d'un volume balayé lors du
déplacement 15
Fig.2.6 Représentation de la variation totale de volume
15
Fig.2.7 Représentation de la direction de propagation des
OPP en 3D 17
Fig.2.8 Schéma de propagation d'une OPP suivant les axes
18
Fig.2.9 Schéma d'illustration d'une déformation
19
Fig.2.10 Volume représentatif 20
Fig.2.11 Propagation des ondes 22
Fig.2.12 Propagation des ondes planes dans les milieux isotropes
22
Fig.2.13 Projection de la vitesse d'énergie sur la
direction de propagation 24
Fig.2.14 Allure schématique du lieu de
l'extrémité du vecteur vitesse de 24
propagation
Fig.2.15 Illustration du phénomène de
réflexion / transmission 25
Fig.2.16 Interprétation géométrique 1 26
MEMOIRE DE MASTER II RECHERCHE iv
2008-2009
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS
UN
MATÉRIAU COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
N° figure Intitulé Page
Fig.2.17 Interprétation géométrique 2 26
Fig.2.18 Présentation des vecteurs lenteurs sur la
surface 27
Fig.2.19 Allure schématique des angles critiques et
courbes des lenteurs 27
Fig.3.1 Principe de la mesure de vitesses en incidence oblique
32
Fig.4.1. Présentation des échantillons 34
Fig.4.2 Représentation A-scan des échos du bloc
étalon normalisé 39
Fig.4.3 Représentation A-scan des échos de
l'échantillon I 40
Fig.4.4 Représentation A-scan des échos de
l'échantillon II 41
Fig.4.5 Représentation A-scan des échos de
l'échantillon III 42
Fig.4.6 Représentation A-scan des échos IV de
l'échantillon avec défauts 43
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS
UN
MATÉRIAU COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
LIS T DTS ARLTA'UX
N° Tableau Intitulé Page
Tableau 4.1 Caractéristiques des appareillages
utilisés 35
Tableau 4.2. Résultats de l'étalonnage du bloc
étalon normalisé 39
Tableau 4.3 Résultats de l'étalonnage sur
échantillon de plâtre sain(I) 40
Tableau 4.4 Résultats de l'étalonnage sur
échantillon de plâtre sain(II) 40
Tableau 4.5 Résultats de l'étalonnage sur
échantillon de plâtre sain(III) 42
Tableau 4.7 Résultats du contrôle matériaux
composites avec défauts 43
MEMOIRE DE MASTER II RECHERCHE
|
2008-2009
|
|
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS
UN
MATÉRIAU COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
£ISrT DTS ~~R~VLkTZO.NS
· u (x,t ) : champ scalaire de
déplacement.
· O. . : onde plane
progressive
· C.Jvt. : composite à
matrice polymère
· C.Jvt.1i4 : composite à
matrice métallique
· C.Jvt.0 : composite à
matrice céramique
· o : pression de
l'équilibre
· S : dilatation de la tranche de
fluide
· 3I : force volumique
· 'VIT : vitesse onde
longitudinale
· 'Vt : vitesse onde
transversale
· 'Ve : vitesse
d'énergie
· C.~~D : correction amplitude
distance
· (x, t) : variation de
pression
· dÙ : volume de la
tranche
· ö (%Ù)
: variation du de la tranche
· I : vecteur de poynting
MEMOIRE DE MASTER II RECHERCHE vii
2008-2009
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS
UN
MATÉRIAU COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
rARLT DTS .MArZTRTS
INTRODUCTION GÉNÉRALE 1
PREMIERE PARTIE : REVUE DE LA LITTERATURE 3
CHAPITRE I : PRÉSENTATION DES MATÉRIAUX COMPOSITES
4
1.1. INTRODUCTION 4
1.2. DIFFERENTS TYPES DE COMPOSITES 4
I.3.COMPORTEMENT DE L'INTERFACE FIBRE / MATRICE DANS LES
COMPOSITES A MATRICE
CERAMIQUE 6
I.3.1. Généralités 6
I.3.2. comportement d'un composite unidirectionnel (rôle
de l'interface) 7
Chapitre II : PROPAGATION DES ONDES ULTRASONORES 10
2.1. INTRODUCTION 10
2.2. ÉQUATION DE PROPAGATION 10
2.2.1 Expression du champ de surpression 10
2.2.2 Équation fondamentale de la dynamique 11
2.2.3 Solutions progressives dans un milieu illimité 1D
12
2.2.4. Vitesse de propagation et propriétés du
milieu 14
2.2.5. Notion d'impédance 14
2.3. RÉGIME D'ONDES PLANES DANS LES SOLIDES ANISOTROPES
ILLIMITÉS 15
2.3.1. Modèle tridimensionnel 15
2.3.2. Flux de puissance - Vecteur de Poynting 16
2.4. PROPAGATION DES ONDES PLANES PROGRESSIVES EN 3D 17
2.4.1. Expression analytique des O. P. P. 18
2.5. PROPAGATION DES ONDES PLANES ET ÉTAT DES CONTRAINTES
19
2.5.1. Déformations 19
2.5.2. Contraintes 20
2.5.3. Équation du champ : équilibre statique -
dynamique 20
2.5.4. Loi de comportement linéaire d'un solide
élastique 21
2.5.5. Régime d'ondes planes dans les solides anisotropes
illimités 21
2.6. PROPAGATION DES ONDES PLANES DANS LES MILIEUX ISOTROPES
ILLIMITES 22
2.7. Vitesse d'énergie 23
2.8. Phénomènes de réflexion / transmission
(régime d'ondes planes et milieux isotropes) 25
MEMOIRE DE MASTER II RECHERCHE viii
2008-2009
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS
UN
MATÉRIAU COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
DEUXIEME PARTIE : APPLICATION A LA CARACTERISATION DES
PARAMETRES ULTRASONORES DE
DETECION DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS UN MATERIAU COMPOSITE
28
CHAPITRE 3 : PRESENTATION GENERALE DE LA METHODE ET DU
DISPOSITIF EXPERIMENTAL 29
3.1. INTRODUCTION 29
3.2. LE CONTRÔLE PAR REFLEXION SUR ECHO D'ANOMALIE 29
3.2.1. Définition de la méthode 29
3.2.1.1. La détection 29
3.2.1.2. La caractérisation 30
3.2.2. Méthode de mésure de l'amplitude des
échos d'anomalie (réflectivité) 30
3.2.2.1. Méthode d'écho de fond 30
3.2.2.2. Méthode de la courbe expérimentale C.A.D.
31
3.3. MISE EN OEUVRE DU CONTRÔLE ULTRASONORE 31
3.3.1. contrôle par contact - contrôle par immersion
31
3.3.1.1. Contrôle par contact 31
3.4.1.2. Contrôle par immersion 32
CHAPITRE 4 : REALISATION DES ESSAIS PRATIQUES
ULTRASONORES SUR UN MATERIAU
COMPOSITE(ESSAI DE DETECTION DES GONDOLEMENTS ) 34
4.1. INTRODUCTION 34
4.2. PRESENTATION DES EPROUVETTES ET DISPOSITIF D'ESSAI 34
4.2.1. Des éprouvettes 34
4.2.2. Fabrication et mise en oeuvre des composites 35
4.2.3. Dispositif d'essai 35
4.3.PREPARATION DU CONTROLE MANUEL 36
4.3.1. Vérification de l'appareillage 36
4.3.2. Etalonnage de la base de temps 36
4.3.3. Réglage d'amplification 37
4.4. EXECUTION DES ESSAIS 37
4.4.1. Le plan de sondage 37
4.5. PRESENTATION DES RESULTATS DE L'ESSAI ET COMMENTAIRES 38
4.5.1. Etalonnage de l'appareil en utilisant un bloc
étalon en acier au carbone 38
4.5.2. Étalonnage de l'appareil en utilisant un
échantillon de composite sain 39
4.5.3. Contrôle du matériau composite comportant
des défauts artificiels (gondolements) 42
CONCLUSION 43
MEMOIRE DE MASTER II RECHERCHE ix
2008-2009
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS
UN
MATÉRIAU COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
RES'WMT
A mesure que le recours aux Matériaux Composites
pousse aux limites de la science et de la technologie, certains défauts
sur les fibres comme leurs distributions et géométrie qui leur
sont traditionnellement associées prennent aussi de l'ampleur. Les
techniques de détection et de quantification des gondolements des fibres
(sinuosités) sont cependant limitées voire inexistantes. La
méthode faisant appel aux rayons X est une possible voie d'exploration,
mais reste hors de portée car elle est non portable et les couts de
réalisation y relatifs sont encore élevés. Aussi, cette
étude se propose de recourir aux techniques d'ultrasons pour
dépasser ces limitations et parvenir ainsi à la détection
et la quantification des défauts de gondolement des fibres en
particulier.
Dans l'objectif de cette analyse micromécanique fine
de l'interface fibre-matrice dans les composites, des échantillons de
matériaux composites unifilamentaires à base du "Rhectophyllum
Camerunense " et du plâtre ont été élaborés,
en incorporant quelques défauts artificiels (gondolements).
La détermination des paramètres de
détection de ces défauts artificiels et inter faciaux a
impliqué des essais non destructifs aux ultrasons qui ont
été effectués en utilisant une technique
expérimentale de contrôle ultrasonore par contact.
L'absence des données sur les caractéristiques
ultrasonores de ce type de matériau composite nous a conduit de prime
abord à établir les paramètres de détection de ces
défauts de gondolements. La détermination de ces
paramètres a conduit à l'étalonnage successif de
l'appareillage en utilisant comme matériau de référence
notre échantillon sain de composites. Ceci a aboutit à
établir un seuil de réflectivité des échos
d'anomalies comme paramètres de détection ainsi qu'un
préalable pour les essais ultrasonores sur un matériau composite
à fibre naturelle / plâtre.
Mots-clés : Fibres
naturelles-Gondolement-Materiaux
Composites-Détection-QuantificationUltrason- plâtre
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS
UN
MATÉRIAU COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
~RS~44Cr
As the recourse to Composite Materials leads to the limits of
science and technology, certain defects on fibres like their distribution and
geometry, which are traditionally associated for them, become also extensive.
The techniques of detection and quantification of the gondolements of the
fibres (sinuosity) are however limited even non-existent. The method calling
upon x-rays is a possible way of exploration, but remains out of reach and it
is not portable. The costs of realization relating to it are still high. In
addition, this study proposes to resort to the techniques of ultrasounds to
exceed these limitations and to thus arrive at detection and the quantification
of the defects of gondolements of fibres in particular.
In the objective of this micromechanical analysis of the
interface matrix / fibres in the composites, the unifilamental composite
material samples at base of "Rhectophyllum Camerunense" fibres and the plaster
was elaborate, by incorporating some artificial defects (gondolements).
The determination of the parameters of detection of these
artificial defects and inters facial implied non-destructive tests with the
ultrasounds, which were carried out by using an experimental technique of
ultrasonic control per contact.
The absence of the data on the ultrasonic characteristics of
such composite materials first led us to establish the parameters of detection
of these defects of gondolements. The determination of these parameters led to
the successive calibration of equipment by using like material of reference our
healthy sample of composites. This leads to establish a threshold of
reflectivity of the echoes of anomalies like parameters of detection as well as
a precondition for the ultrasonic tests on a composite material to natural
fiber/plaster.
Keys words: natural
Fibres-Gondolements- Composites material-Detection-QuantificationUltrasound-
plaster
MEMOIRE DE MASTER II RECHERCHE
|
2008-2009
|
|
MEMOIRE DE MASTER II RECHERCHE 1
2008-2009
CONTRIBUTION Á LA DÉTERMINATION DES
PARAMÈTRES ULTRASONORES DES GONDOLEMENTS DES FIBRES DANS UN
MATÉRIAU
COMPOSITE Á MATRICE CERAMIQUE RENFORCÉ DES
FIBRES DU «RHECTOPHYLLUM CAMERUNENSE».
| 
