Identification de mécanismes d'endommagement de stratifiés carbone-époxyde par couplage de l'émission acoustique et de la thermographie infrarouge

Abstract

Ce travail de recherche porte sur la caractérisation de l'endommagement des matériaux composites carbone/époxyde stratifiés unidirectionnels. L'une des difficultés associée à son utilisation et qui limite encore son développement tient en particulier à la variabilité inhérente à son comportement, liée notamment à la présence de défauts induits en service. Ce travail de recherche propose une étude de l'endommagement par le biais d'un couplage de deux méthodes de suivi non destructives : l'émission acoustique (EA) et la thermographie infrarouge (TI). L'enjeu est d'analyser les corrélations spatiales et temporelles des événements acoustiques et thermiques mesurés lors de la sollicitation du matériau. A cette fin, la caractérisation par EA, et en particulier l'identification des mécanismes d'endommagement, est réalisée par le biais d'algorithmes de reconnaissance de forme non supervisés et de descripteurs acoustiques. Quant à la TI, les champs de température obtenus sont utilisés pour déterminer les champs de sources de chaleur qui mettent en évidence le comportement thermomécanique du matériau. Cette démarche s'appuie sur des arguments thermodynamiques et l'équation de la chaleur, un traitement du signal au vu du caractère bruité et discret de ces mesures ainsi qu'une modélisation micromécanique pour rendre compte de la conductivité thermique anisotrope du composite. Une première campagne expérimentale permet de caractériser le matériau par le biais de techniques classiques (essais de traction) et ultrasonores en immersion. L'endommagement généré et les corrélations entre les événements acoustiques et thermiques sont ensuite étudiés lors d'une seconde campagne expérimentale sous sollicitations quasi-statiques de traction puis sous sollicitations cycliques de fatigue uniaxiale. Ces études confirment la concordance des manifestations acoustiques et des dissipations thermiques pour un certain nombre de mécanismes d'endommagement. ABSTRACT : This work deals with the damage characterization of laminated composites carbon/epoxy. One of the difficulties associated with its use and that still limits its development concerns particularly its inherent variability on the behavior, in particular, the presence of damage induced in service. This work proposes a study of the damage by coupling two non-destructive techniques for damage monitoring : the acoustic emission (AE) and infrared thermography (IT). The challenge is to analyze the spatial and temporal correlations of acoustic and thermal events measured during the applied stress. In this way, the characterization by AE, and in particular the identification of damage mechanisms is carried out by means of unsupervised pattern recognition algorithms. For IT, temperature fields are used to determine the heat source fields to highlight the thermomechanical behavior of the material. This approach is based on thermodynamic arguments (the heat equation), on a signal processing in view of the noisy and discrete character of these measures and on a micromechanical modeling to take into account the anisotropic thermal conductivity of the composite. A first experimental campaign allows characterizing the material through tensile tests and ultrasonic characterization. The damage and the correlations between the acoustic and thermal events are then studied in a second experimental campaign of quasi-static and cyclic uniaxial loads. These studies confirm the correlation of acoustic events and heat dissipation for some damage mechanism