L’utilisation du collage structural est

            souvent limitée par un manque de données fiables sur le comportement non linéaire de

            l’adhésif au sein d’un assemblage. En effet les analyses des essais expérimentaux sont

            souvent difficiles du fait de la présence de fortes singularités. La comparaison des

            résultats de différents essais, dont certains permettent de limiter fortement les effets

            de bord, est présentée pour diverses colles sollicitées dans une large gamme de

            vitesses

BOURGEOIS, Maxime

COGNARD, Jean-Yves

CRÉAC’HCADEC, Romain

SOHIER, Laurent

French

I-Revues

19ème Congrès Français de Mécanique                                                                           Marseille, 24-28 août 2009 
  1 
Etude du comportement d’une colle dans un assemblage : 
comparaison de différents essais 
M. Bourgeoisa, L. Sohierb, R. Créac’hcadecc, J.Y. Cognardc  
a. DGA/DET/CEP/MC/TCM, Comportement Mécanique et Simulation, 16 b av. P. Côte d'Or, 94114 Arcueil 
b. Laboratoire Brestois de Mécanique et des Systèmes, IUP, Univ. Brest, 6 Av. Le Gorgeu, 29285 Brest 
c. Laboratoire Brestois de Mécanique et des Systèmes, ENSIETA, 2 rue F. Verny, 29806 Brest Cedex 9 
Résumé :  
L’utilisation du collage structural est souvent limitée par un manque de données fiables sur le comportement 
non linéaire de l’adhésif au sein d’un assemblage. En effet les analyses des essais expérimentaux sont 
souvent difficiles du fait de la présence de fortes singularités. La comparaison des résultats de différents 
essais, dont certains permettent de limiter fortement l s effets de bord, est présentée pour une colle. 
L’obtention de résultats expérimentaux fiables permet de contribuer à l’optimisation des assemblages collés.  
Abstract : 
The use of bonded joints is often limited by a lackof reliable experimental data on the non-linear behaviour 
of an adhesive in an assembly. Indeed analyses of experimental tests can be particularly made difficult by 
stress singularities due to edge effects. Comparisons between results of different experimental devices, some 
of them designed to strongly limit the edge effects, are presented for an adhesive. Obtaining reliable 
experimental results makes it possible to contribute to optimization of adhesive bonded joints. 
Mots clefs : assemblages collés, comportement non-linéaire, essai , effets de bords, modélisation 
1 Introduction 
Cette étude se situe dans le cadre de la recherche de gains de performance de structures par l'utilisation 
d'assemblages collés. Ces assemblages offrent de nombreux avantages, mais un manque de confiance des 
bureaux d'études limite aujourd'hui l'utilisation de cette technologie [1]. La mise en place d’un outil de 
simulation prévisionnel pour ces assemblages nécessite une caractérisation complète du comportement no-
linéaire de l’adhésif dans un assemblage. L’analyse du comportement de l’adhésif à partir d’essais sur 
éprouvettes massives ne semble pas être suffisant [2, 3], sachant que ce type d’essais ne prend pas en compte 
l’interface adhésif-substrat. Différentes études ont montré que les essais de type simple recouvrement, 
souvent utilisés, génèrent un état de sollicitation c mplexe dans l’adhésif avec des concentrations de 
contraintes aux extrémités du joint de colle ; leur analyse est ainsi relativement complexe [4]. Plusie r  
études numériques montrent l’influence des effets d bords dans les assemblages collés [5]. En particulier, 
pour les essais de type simple recouvrement, différentes solutions ont été proposées pour limiter l’influence 
de ces effets [6] ; mais les concentrations de contraintes peuvent avoir une influence sur l’analyse du 
comportement de la colle [7, 8]. Différentes études soulignent également le comportement complexe de la 
colle dans un assemblage [9, 10]. Le développement de modèles de comportement pour les adhésifs dans un 
assemblage nécessitent souvent l’utilisation d’une fonction seuil spécifique pour prendre en compte 
l’influence de la pression hydrostatique [8, 10]. Ainsi, une large base de données expérimentales pour des 
sollicitations de traction-cisaillement est nécessaire pour caractériser correctement le comportement de 
l’adhésif. De plus, la liaison adhésif-substrat peut jo er un rôle important dans la résistance d’un assemblage 
collé (influence de la préparation de surface, …).  
Pour obtenir des résultats expérimentaux fiables, i est nécessaire d’utiliser des dispositifs expérimentaux 
permettant de fortement limiter l’influence des effets de bords et des défauts de fabrication des éprouvettes et 
de positionnement lors des essais pour réduire les dispersions. La comparaison des résultats de différents 
essais, dont certains permettent de limiter fortement les effets de bord [11], est présentée pour une coll . 
19ème Congrès Français de Mécanique                                                                           Marseille, 24-28 août 2009 
  2 
Les résultats d’essais présentés dans ce papier ont été obtenus à partir d’une colle à base époxy STRUCTIL. 
Les contraintes ont été normalisées pour des raisons de confidentialité. Cette normalisation n’a pas 
d’influence sur la comparaison des résultats des différents essais. Les essais on été réalisés avec une vitesse 
de chargement de l’ordre de 0.5 mm/min.     
2 Essai sur éprouvettes massives 
Dans cette partie nous présentons les résultats d’essais de traction et de compression en utilisant des 
éprouvettes massives. Il existe d’autres essais sur éprouvettes massives, en particulier des essais de torsion 
sur tubes [2]. La figure 1 présente les différentes éprouvettes utilisées. Lors de ces essais, les déplacements 
ont été mesurés à l’aide d’un extensomètre optique. Pour les essais de traction, sur éprouvettes de faible 
épaisseur, une localisation des déformations est souvent observée près d’un défaut et cecilimite le domaine 
d’analyse de ce type d’essais. Pour les essais de compression, une déformation de l’éprouvette en forme de 
“tonneau”, associée aux conditions aux limites imposées par les plateaux (frottement), est observée ; ainsi 
l’état de sollicitation n’est plus uniaxial.  
 
 
 
 
(1-2) compression 
(3) traction 
 
 
Contrainte moyenne normalisée (σ)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Déformation
Traction
Compression
 
Géométrie des éprouvettes Résultats expérimentaux 
FIG. 1 – Essais de traction et compression avec éprouvettes massives. 
3 Essai de torsion sur éprouvettes tubulaires collées bout à bout 
Les essais de torsion sur des éprouvettes tubulaires collées bout à bout permettent de déterminer le 
comportement en cisaillement des adhésifs in-situ [12, 13].  Le rayon extérieur des éprouvettes tubulaires est 
de 15 mm et l’épaisseur du tube est de 3 mm (figure 2).  
 
 
Contrainte moyenne normalisée (τ)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.2 0.4 0.6
Déformation
 
Dispositif expérimental Résultats expérimentaux 
FIG. 2 – Essai de torsion sur éprouvettes tubulaires collées bout à bout. 
Cette géométrie d’éprouvette présente les avantages de fortement limiter les effets de bords et d’obtenir un 
cisaillement pur de l’adhésif sous certaines hypothèses. Le montage utilisé pour le collage des deux dmi 
éprouvettes permet d’aligner précisement les deux parties tubulaires et de contrôler l’épaisseur du joint. 
L’éprouvette est disposée dans une machine de traction-torsion MTS par le biais d’un système d’accrochage 
19ème Congrès Français de Mécanique                                                                           Marseille, 24-28 août 2009 
  3 
limitant l’influence des chargements parasites. Les essais ont été réalisés pour une épaisseur de joint de colle 
de 0.2 mm (figure 2). Concernant la préparation des surfaces de collage de l’éprouvette, celles-ci sont ablées 
et dégraissées. Pour les calculs de la déformation e  de la contrainte de cisaillement, on considère qu  la 
largeur du joint est suffisament faible pour que ces grandeurs puissent être considérées uniformes dans la 
direction radiale. Le déplacement relatif des substrats est mesuré grâce à un dispositif extensométrique 
optique de marque ZIMMER dont on déduit la déformation imposée au joint de colle en prenant soin de fair
la correction d’éprouvette blanche. En prenant des précautions lors de la mise en œuvre de cet essai, la 
dispersion sur les résultats est assez faible. De plus, une déformation importante du joint de colle est
observée, contrairement aux essais de traction ou compression sur éprouvettes massives; il semble que 
l’action des substrats sur l’adhésif est bénéfique et limite l’influence des défauts dans le joint de colle. 
4 Essai de cisaillement 
L’essai TAST permet d’analyser le comportement d’un joi t de colle dans un assemblage sollicité en 
cisaillement (ASTM D5656-95). Cet essai est d’une mise en œuvre relativement facile à partir d’une 
machine de traction, mais il a été montré que la présence d’effets de bords importants pouvait avoir une
influence sur l’analyse des résultats expérimentaux [7].  
 
 
 
1 - éprouvette collée 
2 - support 
3 - système de serrage 
4 - pour le positionnement 
              
       
Géométrie des éprouvettes 
FIG. 3 – Montage TAST Modifié pour les essais de cisaillement. 
Contrainte moyenne normalisée (τ)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.5 1 1.5
DT / Ep
 
Contrainte moyenne normalisée (τ)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.5 1 1.5
DT / Ep
 
Essais sans préparation de surface Essais avec préparation de surface chimique 
FIG. 4 – Essais de cisaillement avec le montage TAST Modifié. 
Ainsi pour obtenir des résultats expérimentaux plus « fiables » sur le comportement de la colle sous des 
sollicitations de cisaillement, un montage TAST modifié a été proposé (figure 3). Pour limiter les effets de 
bords des becs sont d’une part usinés dans les substrats, proche de la surface de collage, et d’autre pa t un 
support rigide a été proposé pour limiter l’influenc  de la flexion du montage [7]. De plus, un avantage 
supplémentaire de cet essai est associé aux petites dimensions des éprouvettes collées utilisées : la 
(4) 
(1) y 
x 
z 
y 
x 
z 
19ème Congrès Français de Mécanique                                                                           Marseille, 24-28 août 2009 
  4 
section nominale du plan moyen du joint de colle est d  Sc = 10 x 25mm2 et les substrats ont une hauteur de 
10 mm. Les premiers résultats obtenus à partir d’un ispositif prototype sont prometteurs. De plus, ce 
dispositif est bien adapté à l’étude de l’influence du vieillissement de colle ; en effet, il utilise d s petits 
échantillons pouvant être découpés facilement dans de  plaques collées ayant été exposées à un 
vieillissement. Pour cet essai, le déplacement relatif des substrats est analysé par corrélation d’images 
permettant ainsi d’obtenir une information sur la déformation du joint de colle (DT/Ep), DT représente le 
déplacement relatif des deux extrémités du joint de colle et Ep représente l’épaisseur du joint de colle. La 
figure 4 présente des résultats pour la colle considérée en utilisant la contrainte moyenne pour simplifier la 
présentation ; les essais ont été réalisés avec une épaisseur du joint de colle de 0,2 mm. Il est important de 
noter que pour cette colle, l’utilisation d’un traiement de surface chimique (réalisé par STRUCTIL) permet 
d’augmenter la résistance de l’assemblage collé pour des substrats en aluminium. La figure 5 présente les 
éprouvettes après rupture et souligne bien l’influence de la préparation de surface sur le mode de rupture de 
la colle. La caractérisation mécanique d’un assemblage collé inclus le comportement de la colle et le 
comportement de l’interface colle-substrat.  
 
  
Essais sans préparation de surface Essais avec préparation de surface chimique 
FIG. 5 – Essais de cisaillement avec le montage TAST Modifié – éprouvette après rupture. 
5 Essai de traction-cisaillement 
Pour caractériser le comportement d’une colle dans un assemblage jusqu’à rupture, en prenant en compte 
l’influence de la contrainte normale et de la contrai te de cisaillement, un dispositif de type Arcan a été 
développé [10]. Le dispositif proposé (figure 6) perm t de limiter fortement les effets de bord par l’utilisation 
de becs et de maîtriser la répartition des contraintes dans le joint de colle [11].  
 
 
FIG. 6 – Montage Arcan et géométrie des éprouvettes. 
La section du plan moyen du joint de colle est d’environ : Sc = 10 x 65mm2. Ce dispositif permet d’analyser 
le comportement d’adhésifs dans un assemblage pour une large plage de chargements radiaux de 
traction/compression-cisaillement ; en particulier, l permet de déterminer l’enveloppe de rupture de la colle 
dans le plan contrainte normale – contrainte tangentielle [10]. 
 
   
Cisaillement Système de fixation Traction-cisaillement 
1 - support 
2 - éprouvette collée 
3 - système de serrage 
4 - support pour le serrage 
 
  
 Eprouvette collée 
x 
u 
v γ y 
y 
x 
19ème Congrès Français de Mécanique                                                                           Marseille, 24-28 août 2009 
  5 
Contrainte moyenne normalisée (τ)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.5 1 1.5
 DT/Ep
 
Contrainte moyenne normalisée (σ)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.05 0.1 0.15
DN/Ep
coh = 30%
coh = 70%
coh = 80%
 
Essais de cisaillement (γ=90°) Essais de traction (γ=0°) 
Contrainte moyenne normalisée (τ)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.5 1 1.5
DT/Ep
 
Contrainte moyenne normalisée (σ)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.05 0.1 0.15
DN/Ep
 
Essais de traction-cisaillement (γ=45°) 
Contrainte moyenne normalisée (τ)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,5 1 1,5
DT/Ep
 
Contrainte moyenne normalisée (σ)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.05 0.1 0.15
DN/Ep
 
Essais de compression-cisaillement (γ=135°) 
FIG. 7 – Essais de traction-cisaillement avec le montage Arcan. 
La figure 7 présente des résultats obtenus pour des essais de cisaillement (γ = 90°, figure 6) et pour des essais 
de traction dans la direction normale au plan moyen du joint de colle (γ = 0°) pour des éprouvettes sans 
préparation chimique de la surface et une épaisseur de joint de colle de l’ordre de 0,4 mm. Les résultats sont 
présentés en utilisant les contraintes moyennes de cisaillement ou de traction en fonction des déplacements 
relatifs tangentiel et normaux (respectivement DT, N) normalisés par l’épaisseur du joint de colle Ep. Pour 
des sollicitations de cisaillement les résultats sont imilaires à ceux obtenus avec le montage TAST modifié. 
Pour la sollicitation de traction, les déformations du joint de colle sont beaucoup plus faible qu’en 
cisaillement et le mode de rupture (% de surface de rupture cohésive de la colle) a aussi une influence. La 
figure 7 présente aussi des résultats pour des essais de traction-cisaillement (γ = 45°) et de compression-
cisaillement (γ = 135°). Pour simplifier la présentation des résultats les contraintes moyennes et déformations 
moyennes sont représentées avec des valeurs positives. De plus, il est important de noter la différence 
importante des déformations dans la direction tangentielle et dans la direction normale (un facteur 
19ème Congrès Français de Mécanique                                                                           Marseille, 24-28 août 2009 
  6 
10 existe sur les échelles). Ces résultats soulignent quelques points du comportement complexe d’une coll
dans un assemblage qui nécessitent la mise en place de modèles de comportement adaptés (influence de la
pression hydrostatique, écoulement non-associé, …). 
6 Conclusions 
L'objectif à moyen terme de cette étude est de développ r des outils capables de prévoir le comportement d  
structures assemblées par collage. La détermination e  la modélisation du comportement non linéaire et des 
critères de rupture des adhésifs dans un assemblage sont complexes. Les résultats présentés dans ce papi rs 
montrent, pour un adhésif dans un assemblage sous sollicitation monotone, des comportements dépendant 
fortement du mode de sollicitation (traction/compression-cisaillement) ; d’autres aspects comme l’analyse 
des effets visqueux du comportement de la colle doivent être étudiés [10]. De plus pour limiter l’influence 
des effets de bords pouvant être particulièrement importants pour les assemblages collés, il est nécessair  
d’utiliser des dispositifs expérimentaux adaptés et de prendre des précautions pour réduire l’influence des 
défauts de positionnement lors des essais. Les trois essais présentés pour des sollicitations de cisaillement 
d’une colle dans un assemblage donnent des résultats relativement similaires. Des différences sur les 
déformations à rupture sont observées, des analyses numériques, prenant en compte le comportement non 
linéaire de l’adhésif et les effets tridimensionnels, peuvent apporter des éléments de réponse sachant que 
pour ces essais, l’état de contrainte dans l’adhésif n’est pas homogène, pour un comportement élastique 
linéaire de la colle [11]. De plus, il est nécessaire d’étudier plus en détail l’influence de la nature de la 
préparation de surface des substrats et l’influence de charges d’addition pouvant exister dans le 
comportement de l’adhésif sur le comportement mécanique de la colle dans un assemblage. 
Remerciements  
Les auteurs remercient la société STRUCTIL pour son aide dans cette étude et les personnes du groupe CMS 
du DGA/DET/CEP/MC/TCM pour la contribution à la réalis tion des études expérimentales. 
References  
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sollicités en cisaillement par torsion”, ETCA 90 R 017, 1990. 


Etude du comportement d’une colle dans un assemblage.  Comparaison de

            différents essais

http://documents.irevues.inist.fr/bitstream/2042/37044/1/551.pdf

Etude du comportement d’une colle dans un assemblage. Comparaison de différents essais

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