Дисертації з теми "Assemblages collés – Essais dynamiques"

L’étude présentée s’inscrit dans la suite de travaux effectués lors de différents projets au sein de différents laboratoires concernant le développement d’un essai d’adhésion par choc laser. Le but est de développer une méthode d’évaluation des propriétés mécaniques après choc laser d’un assemblage collé. Il ne s’agira donc pas d’évaluer un niveau d’adhésion à l’aide du choc laser, mais de considérer et d’évaluer l’influence éventuelle d’un choc laser sur les propriétés mécaniques d’un assemblage. Cette étude ne concerne donc que des assemblages sains dont il conviendra d’évaluer les propriétés mécaniques avant et après choc, pour différentes amplitudes dans la gamme de pression usuelle de la méthode LASAT (LASer Adhesion Test). Cette caractérisation d’assemblages passe par le choix d’une méthode adaptée aux joints de colle, capable de prendre en compte les spécificités liées à la géométrie du substrat, mais aussi de générer un champ de contraintes souhaité. La méthode retenue est l’essai mécanique ARCAN, capable d’évaluer la tenue d’un assemblage collé sous sollicitations quasi-statiques, en traction, en cisaillement ou mixtes. En outre, l’essai ARCAN permet l’identification de lois de comportements des joints de colle. De même, il est possible de caractériser les lamelles composites dans leur comportement hors plan. Ce travail a été réalisé à l’Institut de recherche Dupuy de Lôme (IRDL), sur le site de l’ENSTA Bretagne (Brest), en partenariat avec Engie Ineo dont l’activité, la construction de radômes en matériaux composites, est concernée par les questions de contrôle des assemblages collés. Ces travaux ont aussi été l’occasion d’une collaboration avec le CEA DAM DIF qui a mis à disposition le code de simulation d’interaction laser - matière ESTHER
The study presented follows on from the work carried out during different projects in different laboratories concerning the development of a laser shock adhesion test. The goal is to develop a method for evaluating the mechanical properties after laser impact of a bonded assembly. It will therefore not be a question of evaluating a level of adhesion using laser shock, but of considering and evaluating the possible influence of a laser shock on the mechanical properties of an assembly. This study therefore only concerns healthy assemblies, the mechanical properties of which should be evaluated before and after impact, for different amplitudes in the usual pressure range of the LASAT method (LASer Adhesion Test). This characterization of assemblies involves the choice of a method suitable for adhesive joints, capable of taking into account the specificities linked to the geometry of the substrate, but also of generating a desired stress field. The method adopted is the ARCAN mechanical test, capable of evaluating the resistance of a bonded assembly under quasi-static stresses, in tension, in shear or mixed. In addition, the ARCAN test allows the identification of behavioral laws of adhesive joints. Likewise, it is possible to characterize the composite lamellae in their out-of-plane behavior. This work was carried out at Institut de Recherche Dupuy de Lôme (IRDL), on ENSTA Bretagne site (Brest), in partnership with Engie Ineo whose activity, the construction of radomes in composite materials, is concerned with questions of control of bonded assemblies. This work was also the occasion of a collaboration with the CEA DAM DIF which made available ESTHER laser - material interaction simulation code

L’appréciation de la tenue mécanique des structures collées a fait l’objet de nombreux travaux ces dernières années dont la majorité a porté sur des structures en aluminium ou en acier non revêtu. Cette tenue, généralement testée par un essai de cisaillement sur éprouvette à simple recouvrement, est le plus souvent considérée sous un seul aspect soit chimique, soit physicochimique, soit encore mécanique. Le joint collé étant constitué en fait des substrats, de la colle et des différentes interfaces et interphases, il nous a paru nécessaire de conjuguer plusieurs techniques afin de cerner le problème sous tous ses aspects. D’un point de vue pratique, le support de cette étude est la tôle d’acier galvanisée qu’est un matériau très largement employé depuis de nombreuses années dans les domaines de la construction et de la mécanique en particulier. Cependant, malgré son image traditionnelle, ce produit évolue de façon spectaculaire : progressivement, ses propriétés mécaniques et sa résistance à la corrosion s’améliorent grâce à des procédés techniques nouveaux ou à des additions d’éléments d’alliages, et des traitements chimiques superficiels développent chaque jour la proportion de tôles qui entrent en fonction dans de nombreux domaines. L’aptitude au collage de ce matériau dépend semble-t-il en grande partie de sa composition chimique superficielle et de sa rugosimètrie que l’on cherche à optimiser par différents traitements. Ce travail comporte une première partie portant sur une étude bibliographique critique des différents essais mécaniques relatifs aux assemblages collés ainsi que les divers paramètres pouvant influer sur les caractéristiques mécaniques à mesurer. Une deuxième partie est consacrée à l’étude de l’influence des différents paramètres constituant le joint sous deux types de sollicitation basée sur la R. D. M. Classique (traction et cisaillement). Enfin une troisième partie traite de l’application de la mécanique de la rupture aux structures collées, ainsi que l'utilisation et du traitement des signaux d’émission acoustique.

Le collage structural est une technique d’assemblage de plus en plus demandée aujourd’hui dans beaucoup de domaines comme l’automobile, l’aéronautique, l’aérospatial, l’industrie navale et ferroviaire. La qualité d’un adhésif est un important paramètre pour garantir la fiabilité et la durabilité d’un assemblage collé. On sait qu’une fausse conception d’un joint collé, un mauvais choix d’adhésif ou même un traitement de surface mal réalisé pourra avoir des conséquences spectaculaires voire dramatiques. En termes de performance, l'ajout de nanoparticules à base de carbone à l'adhésif peut contribuer à améliorer les performances des assemblages collés. Dans cette étude, des adhésifs renforcés par trois types de nanacharges sont développés. En effet, l'adhésif DGEBA a été renforcé avec des nanotubes de carbone (CNT), des nanoplaquettes de graphène (GNP) et du noir de carbone (CB) avec différentes fractions massiques (1wt.%, 2wt.% et 5wt.%). L'objectif global est l'étude de l'influence du type, de la fraction massique et des dimensions des nanocharges sur le comportement mécanique de la colle et de l’assemblage collé. Les résultats ont montré que chaque type d'adhésif renforcé par des nanocharges possède un bon potentiel en termes de comportement mécanique sous des sollicitations statiques et dynamiques. Cependant, la présence d'une fraction massique élevée de nanoparticules a tendance à entraîner une dégradation par rapport à l'adhésif pur en raison du changement de morphologie de la microstructure et des interactions physico-chimiques. Et afin de quantifier la résistance à l’endommagement de l’adhésif dopé par des nanocharges et démontrer la compatibilité de l'adhésion avec divers substrats, des essais DCB et ENF ont étaient réalisés sur des assemblages Aluminium/aluminium et Composite/composite. De plus, des modèles numériques avec prise en compte de l’endommagement de la colle dopée ont été développés et validés avec les résultats expérimentaux. Cette étude démontre que le type, la fraction massique, la taille et la forme des nanocharges jouent un rôle important dans l'amélioration des performances des assemblages collés
Adhesively bonded joint is a joining technique that is increasingly in a request today in many fields such as the automotive, aerospace, and naval. The adhesive selection is an important parameter to guarantee the reliability and durability of an adhesively bonded joint. It is well known that the wrong design of a bonded joint, the wrong choice of adhesive, or even a poorly executed surface treatment can have dramatic consequences. In terms of performance, the incorporation of carbon-based nanoparticles into the adhesive improves the performance of bonded joints. In this study, DGEBA adhesive doped by three kinds of nanofillers is established. Indeed, the adhesive has been doped with carbon nanotubes (CNT), graphene nanoplatelets (GNP), and carbon black (CB) with different mass fractions (1wt.%, 2wt.%, and 5wt.%). The overall objective is to study the influence of the type, mass fraction, and dimensions of the nanofillers on the mechanical behavior of the adhesive and the bonded joint. The results showed that each type of adhesive reinforced with nanofillers has a good potential in terms of mechanical behavior under static and dynamic loadings. However, the presence of a high mass fraction of nanoparticles tends to lead to degradation compared to the neat adhesive due to the transformation in microstructure morphology and physicochemical interactions. In addition, to quantify the damage resistance of the nanofiller-doped adhesive and demonstrate the adhesion compatibility with various kinds of substrates; DCB and ENF tests were performed on aluminum/aluminum and composite/composite bonded joints. Besides, numerical models taking into account the damage of the doped adhesive were developed and validated with the experimental results. This study demonstrates that the type, mass fraction, size, and shape of nanofillers play an important role in improving the performance of the adhesively bonded joints

Ce travail vise le développement d’une méthode non destructive permettant de contrôler la qualitémécanique des joints collés aéronautiques, en utilisant les ondes de choc générées par impact laser (projetENCOMB). Des chocs ont été réalisés à l’aide de dispositifs tels que des sources laser ou des canons à gaz.Différents diagnostiques ont été utilisés : le VISAR, la VH, la visualisation transverse, la microscopie optiqueet confocale, la radiographie X, le contrôle ultrasons...Des échantillons de résine et des compositesstratifiés carbone/époxy ont d’abord été étudiés. Des chocs laser instrumentés, couplés à des analysespost-mortem, ont permis une meilleure compréhension des phénomènes de choc dans ces matériaux. Lesrésultats obtenus sur les assemblages composites collés montrent que la technique de choc laser permetde discriminer différents degrés d’adhérence. L’utilisation de modèles numériques, développés grâce auxdonnées expérimentales, a permis d’analyser la propagation du choc dans ces assemblages complexes. Cesrésultats ont démontré la nécessité d’optimiser la technique, afin de tester exclusivement l’adhérence dujoint collé, sans endommager les composites de l’assemblage. Plusieurs solutions d’optimisation sontproposées tels que l’utilisation d’une impulsion variable, ou celle de double chocs. Ces solutions ont étévalidées expérimentalement et l’optimisation numérique a fourni les paramètres de choc pour de futurstests. Finalement, ce travail fournit des résultats originaux sur le comportement dynamique de compositesstratifiés et permet de progresser vers l’adaptation du test d’adhérence par choc laser à différentsassemblages composites
This work aims the development of a non-destructive technique to control the mechanical quality ofaeronautics adhesive bonds (ENCOMB project). Shocks were realized by use of laser sources or gas gun, anddifferent techniques were used to analyse the shocks such as: VISAR, PDV, Shadowgraphy, optical andconfocal microscopy, X-ray radiography, ultrasound testing…Epoxy resins and carbon/epoxy compositelaminates were first investigated. Monitored laser shocks, in addition to post-mortem analyses, enabled tobetter understand the shock phenomenon on these complex materials. The results obtained on bondedcomposite showed that the laser shock technique can be used to discriminate different adherence levels.The use of numerical models, developed thanks to the experimental data, enabled to analyze the shockpropagation in these complex assemblies. They also evidenced the need for optimization, in order to testonly the bond interface and not to break the composite parts on the assembly. Several optimizationsolutions are formulated such as the use of tuneable pulse duration, or double shock configurations. Someof these solutions have been experimentally validated, and the numerical optimization gives the shockparameters to use for the next experimental campaigns. Finally, this work provides original results on thedynamic behaviour of composite materials under laser shock and leads to the adaptation of the laser shockadhesion test to any kind of bonded composite assemblies

Nous avons développé une méthode d'essais permettant de caractériser le comportement à rupture d'une jonction collée sur une large gamme de vitesse. L'éprouvette de rupture M. M. F. (mixed mode flexure) est utilisée sur cette gamme. Nous mettons en évidence des régimes de fonctionnement de l'éprouvette différents selon la vitesse. Nous avons réalisé deux séries d'essais (éprouvette chargée en flexion à 0. 5mm/mn et à 0. 6m/s) pour lesquelles l'éprouvette est en équilibre avant sa rupture. Des calculs par éléments finis permettent d'analyser finement le comportement mécanique de l'éprouvette, montrent que le joint collé est sollicité en mode mixte et que le comportement de l'éprouvette est modifié par une plastification en pointe de fissure. Néanmoins, un calcul analytique est suffisant pour déterminer le taux de restitution d'énergie critique Gc. Lorsque l'éprouvette est sollicitée par l'impact d'une bille d'acier projetée à 200m/s, l'équilibre mécanique n'est pas atteint au moment de la rupture. Nous avons eu recours a la simulation numérique par éléments finis pour interpréter nos essais. Les résultats de celle-ci sont en accord avec l'expérience et permettent donc le calcul de Gc. Il a également été montré que le joint collé est maintenant sollicité en mode II pur. L'ensemble de ces essais met en évidence une augmentation de la ténacité des jonctions collées avec la température et la vitesse

Le dimensionnement des joints collés est une préoccupation majeure du CNES pour lesapplications spatiales des futurs lanceurs. Pour dimensionner une structure collée, il est nécessaire depouvoir apprécier les caractéristiques mécaniques du joint collé.Dans cette étude, trois adhésifs structuraux ont été sélectionnés (Hysol®EA 9321, Hysol®EA9394 et Hysol EA® 9395). Après leur caractérisation massique, une étude statistique pour mettre enévidence les effets des différents paramètres (vitesse d’essai, géométrie éprouvette, le degré depolymérisation…) a été entreprise.La deuxième étape a pour objectif de fiabiliser l’analyse des essais de fissuration etd’améliorer la compréhension des mécanismes d’endommagement et de propagation de fissure dansles liaisons collées. Trois types d’essai ont été utilisés, à savoir, l’essai Double Cantilever Beam(DCB), pour l’étude du mode I, l’essai End Notched Flexure (ENF), pour le mode II, et l’essai MixedMode Bending (MMB), pour les chargements en mode mixte I/II. Nous avons développé de nouvellesinstrumentations et méthodologies d’analyse. Pour affiner le protocole de test standard, la techniquedite de « backface strain monitoring » a été utilisée. Elle consiste à positionnées des jauges dedéformation sur les surfaces de l’éprouvette de façon à enregistrer l’évolution du signalextensométrique durant la propagation de la fissure. Cette méthode permet une meilleure estimation dela position front de fissure ainsi que l'étude de la répartition des contraintes le long du joint de colle.La corrélation d'images numériques (DIC) a également été utilisée afin de proposer un nouveauprotocole de calibrage de la longueur de fissure et pour comparer un modèle analytique (poutre deTimoshenko sur fondation élastique) avec les résultats expérimentaux
Adhesive bonding is being strongly considered in space applications CNES as anadvantageous assembly technique for future launchers. Correct design of adhesive joints is of majorconcern. Aerospace adhesives are tough viscoelastic matrices (special epoxy resins) reinforced withnano-, or microparticles. Extended use of adhesive joints in structural applications is limited due to thedifficulties in predicting in-service performance, frequently leading to over-conservative design.Three structural adhesives (Hysol®EA 9321, Hysol®EA 9394 and Hysol®EA 9395) wereselected. After their bulk characterization, statistical studies to highlight effects of different parameterse.g. speed, test piece geometry, degree of polymerization were undertaken.In the second stage, fracture mechanics tests were effected employing: the double cantileverbeam (DCB) configuration (mode I characterisation), the three point bending end-notched flexure(ENF) (mode II) and the mixed-mode bending (MMB) (combined mode I/II loading). Crack growth inbonded joints was investigated in a novel way. To refine standard test protocol, the backface strainmonitoring technique was used. Strain gauges were used to measure the strain on the exposed skin ofthe adherends during crack onset and propagation. This method allows better estimation of the crackfront position as well as fine investigation of the stress distribution along the bondline and in the crackfront vicinity. Digital image correlation (DIC) was also used to compare analytical models, e.g.Timoshenko beam on elastic foundation model with experimental results

Ce résumé ne figure pas dans la thèse elle même. Nous reprenons ici celui présent dans le formulaire d'enregistrement de thèse soutenue : Parmi les trois chapitres de cette thèse, le premier est consacré à une étude bibliographique sur la durabilité des assemblages collés. Il décrit notamment les principaux modèles d'endommagement et les méthodes d'optimisation permettant d'identifier les paramètres du modèle. Le second chapitre présente la théorie prévisionnelle retenue ainsi qu'une étude paramétrique pour mieux cerner la signification physique des coefficients du modèle. Le dernier chapitre confronte les simulations théoriques avec différentes campagnes expérimentales. Une approche inverse est d'abord mise en oeuvre pour identifier les paramètres théoriques dans le cas d'assemblages collés sollicités en traction ou en cisaillement. La même approche est ensuite utilisée pour identifier le comportement en fluage d'assemblages soumis à un vieillissement accéléré. Les valeurs des paramètres correspondants aux états initiaux et vieillis sont enfin analysées à la lumière des évolutions microstructurales du joint adhésif.

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur le comportement élastique et élasto-plastique des assemblages par brides circulaires boulonnées utilisés dans la construction métallique. L’objectif de ce travail est de fournir des méthodes pratiques permettant d’évaluer la résistance statique et les concentrations de contrainte au droit des détails de fatigue de ce type d’assemblage. Afin de couvrir au mieux la gamme d’assemblages par brides circulaires utilisés dans la construction, trois configurations ont été analysées : les tronçons en L soumis à un effort normal de traction, les assemblages par brides circulaires soumis à un effort normal de traction et les assemblages soumis à un moment fléchissant. Ces trois types d’assemblages sont étudiés expérimentalement, numériquement et théoriquement respectivement dans les chapitres II, III et IV. Le contact entre brides adjacentes a été analysé avec précision en se référant à un modèle poutre développé dans le chapitre ITout d’abord, une campagne d’essais a été effectuée pour chaque configuration d’assemblage afin d’étudier leur comportement dans les domaines élastique et élasto-plastique. Une attention particulière est accordée à l’analyse de l’influence du serrage des boulons et des défauts de planéité sur le comportement élastique, et notamment sur les étendues de contraintes au pied du cordon de soudure et dans les boulons tendus nécessaires à tout calcul de la résistance à la fatigue. Chaque essai est conduit jusqu’à la ruine afin de bien évaluer la résistance statique de l’assemblage. Un modèle numérique, basé sur le code de calcul par éléments finis ANSYS, utilisant des éléments volumiques et de contact a été développé pour chacun des trois types d’assemblage. Les résultats des analyses numériques ont été confrontés aux résultats des essais. Une fois ce modèle numérique validé, il a servi à des études paramétriques afin de compléter les résultats expérimentaux obtenus, et de mettre en avant certains traits de comportement qui n’ont pas pu être observés lors des essais, par exemple l’évolution des zones de contact. Des modèles analytiques sont proposés pour rendre compte du comportement de ces assemblages dans le domaine élastique afin d’évaluer, d’une part les étendues de contraintes au droit des détails de fatigue, et d’autre part la rigidité des assemblages. De plus, dans le but d’évaluer la résistance statique de ces assemblages, des modèles analytiques sont également proposés en se fondant sur l’analyse limite. Les effets du contact entre brides adjacentes sont toujours pris en compte. Des méthodes pratiques de calcul sont ensuite déduites de ces modèles analytiques. Enfin les résultats obtenus à partir de ces méthodes sont comparés à ceux des essais et des études paramétriques
This thesis deals with the elastic and elasto-plastic behaviour of bolted circular flange joints used in steel structures. The aim of the work is to provide practical design methods for determining the static resistance of such flange joints as well as the stress concentration factors for the parts which are fatigue sensitive which are the tube wall at the weld toe and the bolts. In order to be able to cover the range of joint sizes that one finds in construction, three joint configurations were studied: L stubs under an axial load in the stem, flange joints with an axial applied to the connected tube and flange joints submitted to bending moments. The experimental, numerical and theoretical studies carried out on the three joint configurations are the subjects of chapters II, III and IV of the thesis. In chapter I the phenomena of surface contact between the adjacent flanges is clarified by a specially developed beam model whose validity is supported by the results from a finite element model including contact elements. To begin with a programme of tests was carried out for each of the joint configurations so as to obtain knowledge of their elastic and elasto-plastic behaviours and the results obtained are presented and discussed. Particular attention was paid to the study of the influence of bolt preloading and of out-of-plane imperfections of the flange surfaces on the elastic behaviour, in particular in relation to the tube wall stresses ranges at the weld toe and to the loading in the bolts which is essential information required for determining the fatigue life of those components. Since each specimen was loaded to failure, an experimental evaluation of the joint’s static resistance finally obtained. Using the ANSYS code, finite element models with brick elements and contact elements were developed for each of the joints configurations. The results from the finite element analyses were compared favourably with the test results both from the present testing but also from available published work. Thus validated, the finite element models were used to carry out parametric studies with the purpose of not only supplementing the experimental results but also to bring more light on certain aspects of the joint behaviour which could not be examined in sufficient detail during the test programme, such as the evolution of the contact zone with loading. Theoretical models were developed to describe the joint configuration behaviour in the elastic range, both for providing the stress concentration factors for the fatigue sensitive components and for estimating the joint stiffness. In order to determine the static resistances of flange joints, under axial load or under moment, theoretical limit state models are derived. The predictions of the joint behaviour and resistance models provide satisfactory results when compared to results both experimental and by finite element analyses. In all of the latter models the influence of contact is taken into account. Finally, based on the latter theoretical models, practical methods for determining design values of resistances of flange joints, under axial load, moment or a combination of moment and axial load, are proposed

L'utilisation encore récente des structures tubulaires en matériaux composites pose des problèmes de contrôle difficilement résolubles par des méthodes classiques. Ce travail est consacré à l'étude de la mise en œuvre de la procédure CARP dans laquelle sont développés des critères pour le contrôle par émission acoustique de canalisations en plastique renforce de fibres de verre. Cette procédure est analysée à travers son application sur des structures tubulaires de différents fournisseurs. Une meilleure interprétation des critères CARP est réalisée grâce à l'utilisation d'autres méthodes de contrôle (extensométrie, observations micrographiques. . . ).

Cette etude est consacree d'une part au comportement en temperature de 40c a 85c d'assemblages colles smc/pu/aluminium et noryl gtx 964/ma/acier galvanise et d'autre part a leur vieillissement climatique. La tenue mecanique de ces assemblages a ete determinee experimentalement entre 40c et 85c. L'analyse des resultats a conduit a proceder a une analyse des contraintes par elements finis. Pour cela, il a fallu mesurer les proprietes mecaniques des adherents et des adhesifs a $$ = 10##4s##1 et a $$ = 10##2s##1 et leurs coefficients de dilatation. Il en ressort deux caracteristiques essentielles : - les modules d'young des adhesifs chutent de 2gpa en dessous de 10c a 10mpa des 50c. - les coefficients de dilatation des adherents sont #a#1 = 2#s#m#c = 23. 10##6c##1 et #n#o#r#y#l = 7#a#c#i#e#r = 100. 10##6c##1. Ainsi les mecanismes d'endommagement des assemblages sont de deux types : - par refroidissement en dessous de 0c, la rigidite des adhesifs et la difference des coefficients de dilatation engendrent des contraintes d'origine thermique. Ces contraintes sont proportionnelles a l'ecart de temperature et a la difference des coefficients. Elles peuvent etre a l'origine de la creation de microfissures dans les adhesifs. - lors d'un chauffage, les differences de dilatation entre les adherents sont absorbees par les adhesifs devenus souples. Par contre l'humidite combinee avec la chaleur pourra creer des degradations physico-chimiques dans les adhesifs, les adherents et aux interfaces. Au cours de cyclages thermiques, les microfissures creees a froid peuvent faciliter la diffusion de l'eau a haute temperature et accelerer la degradation des assemblages.

Les ondes de choc induites par laser peuvent produire une sollicitation dynamique capable de tester l'adhérence d'interfaces et de détecter les joints faibles. Cette étude vise à étendre ce procédé aux composites stratifiés et à leurs assemblages, qui touchent un large spectre d'applications industrielles, notamment dans le secteur aéronautique et de la défense. Les problématiques scientifiques et techniques liées à l'essai sont étudiées, particulièrement la caractérisation du comportement des stratifiés et de leur endommagement sous choc ainsi que la tenue des interfaces. Les expériences sont conduites sur des installations laser délivrant une large gamme d'impulsion (fs-μs) permettant de localiser les contraintes maximales de traction aux interfaces. Les essais sont instrumentés avec des diagnostics résolus en temps : vélocimétrie Doppler, visualisation transverse. Les échantillons sont analysés avec différentes techniques (MEB, tomographie, ultrasons, DSC...) pour identifier les endommagements et les relier aux propriétés des matériaux. L'analyse des résultats s'appuie sur la simulation numérique pour décrire le comportement des matériaux. L'étude montre la capacité de la technique à différencier la force des assemblages.

Dans des contextes industriels spécifiques, coller un revêtement épais élastomère à des canalisations en acier constitue le meilleur moyen de les protéger de la corrosion en milieu marin. Ce travail de thèse a principalement pour objectif de mieux appréhender le comportement à long terme de ces assemblages acier/colle/revêtement en milieu marin. Deux approches complémentaires ont été définies. La première se base sur des outils statistiques pour traiter les données de caractérisations physico-chimiques des matériaux issus des assemblages utilisés en service depuis plus de trente ans. A partir de ces données hétérogènes (les assemblages sont différents en termes de formulations des matériaux, de procédé de collage et de conditions de vieillissement); des groupes homogènes présentant des scénarios de vieillissement identiques ont été identifiés et les mécanismes majeurs de dégradation du revêtement ont été établis. La seconde approche se focalise sur les assemblages actuellement utilisés dans les opérations de rénovation. Une démarche expérimentale a donc été mise en place en laboratoire afin d’accélérer de manière contrôlée le vieillissement des matériaux et assemblages. Les objectifs sont multiples. Pour chaque matériau (revêtement et colle), il s’agissait de comprendre les mécanismes de dégradation et les cinétiques d’absorption d’eau qui expliquent les évolutions de propriétés mécaniques et physico-chimiques observées au cours du vieillissement. De même, les interfaces ont été caractérisées et les paramètres de procédé qui influent sur la tenue de l’interface métallique ont été identifiés. Cette approche découplée a permis de mieux comprendre le comportement en milieu marin de l’assemblage d’étude à partir de celui des matériaux et interfaces présentes
In some industrial applications, bonding rubber coatings to metallic pipelines is a suitable solution to protect them from marine corrosion. This study deals with the long term behavior of such metallic coated pipelines in a marine environment. Two different approaches have been developed. The first focuses on degradation data of pipelines used for around thirty years in normal service conditions. As these bonded assemblies are different in terms of material formulations, manufacturing processes and aging conditions, statistical tools were used to identify homogeneous groups with identical aging mechanisms. Also, based on these results, the main degradation mechanisms of the rubber coating were established. The second approach focused on pipelines used currently in renovation operations. An experimental methodology was developed in the laboratory to accelerate aging processes. The bulk materials, surfaces and interfaces were characterized physically, chemically and mechanically before and after natural sea water ageing. This enabled an understanding of the mechanisms and kinetics governing adhesion and degradation to be developed. It also allowed the influence of sea water aging on the failure strength of the assembly of interest to be investigated

Le contexte des travaux concerne la vulnérabilité des structures aéronautiques face aux explosions. Reprenant le scénario de la ruine d'un fuselage lors d'un attentat à la bombe, trois axes de recherches concourent à la problématique posée dans le mémoire. Le premier est lié au chargement dynamique résultant de l'explosion d'un engin dans le fuselage de l'appareil. Le deuxième et le troisième concernent les assemblages, dont on cherche à caractériser et modéliser le comportement et la rupture sous chargements dynamiques. Concernant le chargement structural de type pression dynamique, une recherche appliquée vise à valider des méthodes d'interaction couplées fluide/structure pour mesurer l'onde de souffle, à développer d'autres méthodes d'interaction découplées fluide/structure pour permettre l'analyse de structures complètes et complexes, et à développer une méthode numérique pour le couplage d'une structure immergée dans un fluide. Dans le domaine de la caractérisation des assemblages pour le calcul des structures, la recherche expérimentale et numérique consiste à développer de nouvelles méthodes expérimentales fondées sur des essais normalisés permettant d'analyser le comportement et la rupture des fixations en modes pures et mixtes de traction/cisaillement pour des vitesses de déplacement quasi-statique et dynamique, et une méthode numérique alternative dite plan d'expérience numérique (ou 'virtual testing') pour étudier un assemblage depuis le procédé de rivetage, jusqu'à sa tenue dynamique. Enfin, une recherche fondamentale vise à améliorer la modélisation des assemblages en calcul de structures. Pour les fixations, un modèle au comportement non-linéaire reposant sur une formulation hybride est développé. Pour les tôles perforées, un modèle et un critère de rupture sont présentés, une approche multi-échelle et un élément fini hybride sont développés.

Le collage structural se présente comme une alternative intéressante aux méthodes classiques d'assemblages par ajout d’éléments mécaniques pour alléger les structures aéronautiques. Cependant, l'utilisation de cette méthode soulève de nombreuses questions en termes de conception, caractérisation ou modélisation. Ce travail, à fort caractère expérimental, visent deux grands objectifs : (i) sélectionner les moyens d'instrumentation les plus adaptés pour la caractérisation du comportement jusqu'à rupture des assemblages collés et (ii) prédire le comportement des assemblages collés à partir d'une caractérisation et d'une modélisation complète sous chargements quasi-statiques bi-axiaux, en utilisant un type d’essai simple et industrialisable. Dans un premier temps, pour atteindre ces objectifs, un nouvel essai appelé Scarf modifié a été proposé, afin de caractériser le comportement mécanique du joint de colle, en minimisant les effets de bord par la présence de becs. La deuxième partie de la thèse porte sur le développement d'une stratégie de caractérisation simplifiée du comportement de joint de colle, sous certaines hypothèses (états de contraintes/déformations, continuité du champ de contraintes). Cette stratégie a permis d'obtenir le comportement intrinsèque de l’adhésif sous la forme de courbes contraintes/déformations. La dernière partie abordée dans ces travaux, s'intéresse quant à elle à l'identification et la sélection des moyens de métrologie les plus appropriés, pour accompagner la caractérisation expérimentale
Today, structural bonding presents an interesting alternative to conventional methods of assembly, in order to reduce the weight within aeronautical structures. However, the use of this method raises many questions in terms of design, characterization or modeling. This work presents a robust experimental work, aiming two main objectives: (i) select the most suitable instrumentation for the characterization of the behavior of bonded joints up to failure and (ii) predict the behavior of bonded joints from complete characterization and modeling under quasi-static bi-axial loading, using a simple test, directly integrated to industry. In a first stage, to achieve this goal, modified Scarf test has been proposed to characterize the mechanical behavior of adhesive joints. This type of specimen allows applying multiaxial loadings without having high-stress concentrations near the edges. The second part of the thesis deals with the development of a strategy for simplifying the characterization of a bonded joint using some hypotheses (stress/strain states). This strategy allows obtaining the intrinsic behavior of the adhesive in the form of the stress/strain curves. The last part of this work deals with the identification and selection of the most appropriate instrumentation systems in the experimental characterization

Le scellement chimique est une technique d’assemblage structural permettant de connecter et d’assurer le transfert d’efforts entre deux éléments adjacents en béton, à travers le collage d’une armature en acier à l’aide d’une résine polymère. Les scellements chimiques ont été initialement utilisés dans les ouvrages en béton armé pour la rénovation, l’extension et la réparation des structures à travers l’ajout de nouvelles sections de béton aux éléments existants. L’évolution, au fil du temps, des propriétés mécaniques et des propriétés d’adhérence des résines polymères a permis d’améliorer le comportement mécanique des scellements chimiques, leur permettant d’atteindre des propriétés équivalentes ou même supérieures à celles des ancrages mécaniques classiques, à des températures normales de service. Ainsi, les scellements chimiques ont pu progressivement substituer les ancrages mécaniques classiques dans certaines applications, en proposant des solutions plus avantageuses et en offrant plus de flexibilité pour répondre aux exigences architecturales. Cependant, le comportement mécanique des scellements chimiques est principalement gouverné par celui des résines polymères, qui demeurent très sensibles à la variation de la température. Par conséquent, l’augmentation de la température au niveau des scellements chimiques présente un risque potentiel affectant leur sécurité d’utilisation. Par ailleurs, une situation d’incendie présente un danger sérieux qui doit être considéré lors du dimensionnement des scellements chimiques. Récemment, la technique des scellements chimiques, exclusivement utilisée dans les ouvrages en béton armé, a été transférée à la construction des ouvrages bois, sous l’appellation de « goujons collés ». Cette technique, originellement utilisée dans la rénovation et le renforcement des monuments historiques, est aujourd’hui employée dans la construction neuve grâce à la bonne tenue mécanique et séismique et aussi à la possibilité qu’elle offre pour réaliser des assemblages invisibles. Cependant, les goujons collés sont aujourd’hui confrontés aux mêmes problématiques que les scellements chimiques, notamment vis-à-vis l’augmentation de la température. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’évolution du comportement mécanique de ces deux systèmes d’assemblages dans le but de proposer une méthode de dimensionnement permettant d’assurer leur tenue structurale en situation d’incendie. L’étude est répartie sur quatre niveaux :i. Etude du comportement des ancrages chimiques à l’échelle des matériaux à travers des essais de caractérisation des constituants de l’ancrage, avec une focalisation particulière sur l’étude des phénomènes se produisant à haute température dans la résine polymère.ii. Etude du comportement global de l’ancrage par le biais d’essais d’arrachement à haute température, à effort constant et à température stabilisée, réalisés sur des scellements chimiques dans des cylindres en béton et des goujons collés dans des parallélépipèdes en lamellé-collé d’épicéa.iii. Etude du comportement mécanique à haute température des ancrages chimiques à l’échelle de la structure à travers la réalisation d’un essai au feu à l’échelle 1 sur une dalle en console ancrée chimiquement dans un mur en béton par 8 scellements chimiques. Les résultats de cet essai ont permis de valider la méthode de dimensionnement proposée pour prédire la durée de résistance au feu des scellements chimiques lors d’une situation d’incendie.iv. Etude théorique portant sur l’évolution de la distribution des contraintes le long de l’ancrage lors d’une variation de la température, à travers le développement d’un modèle non linéaire de cisaillement différé « Shear-lag », permettant d’obtenir les profils théoriques des contraintes pour une distribution thermique quelconque, à partir des données d’entrée expérimentales obtenues par des essais d’arrachement
Post-installation of rebars is a structural joining technique allowing the connection and the load transfer between two neighboring structural elements using steel rebars and adhesive polymers. Post-installed rebars were initially used in concrete constructions in retrofitting, extension and in repairing structures by adding new concrete sections to existing elements. Over the time, the improvement in mechanical and adhesion properties of polymer adhesives have allowed to enhance the mechanical behavior of post-installed rebars and led to achieve equivalent or even higher mechanical responses than cast-in place rebars at normal operating temperatures. Thus, post-installed rebars have gradually replaced cast-in place rebars in new constructions for some applications by offering advantageous solutions and flexibility allowing meeting the high architectural requirements. However, the mechanical behavior of post-installed rebars is essentially governed by the mechanical properties of polymer resins, which remain highly sensitive to temperature variation. Consequently, the temperature increase of the post-installed rebars presents a potential risk affecting their safety use. Therefore, fire presents a serious hazard that should be considered when designing post-installed rebars. Recently, the technique of post-installed rebars, exclusively used in reinforced concrete structures, has been transferred to wood structures construction, and called "glued-in rods". This technique, initially used in the retrofitting and the reinforcement of historical monuments, is today used in new construction thanks to its good mechanical and seismic behavior in addition to the possibility it offers to make invisible connections. However, glued-in rods face the same problems as post-installed rebars, especially concerning the temperature increase. The aim of this thesis is to study the evolution of the mechanical behavior of these two connection techniques in order to suggest a design method allowing ensuring their safe use in a fire situation. The study is divided into four levels:i- Study of the behavior of chemical anchors at the scale of materials through characterization tests performed on the anchor components, with a particular emphasis on the study of phenomena occurring at high temperature in the polymer resin.ii- Study of the global behavior of chemical anchors by means of pull-out tests performed at high temperature, at constant load and at stabilized temperature, carried out on post-installed rebars in concrete cylinders and on glued-in rods in parallelepipeds of spruce glulam.iii- Study of the mechanical behavior at high temperature of chemical anchors at the scale of the structure through a full-scale fire test carried out on a cantilever concrete slab connected to a concrete wall using eight post-installed rebars. Test results were also used to validate the suggested design method to predict the fire resistance duration of post-installed rebars in a fire situation.iv- Theoretical study on the evolution of the stress distribution along the anchor during a temperature variation, through the development of a non-linear shear-lag model, allowing to obtain the theoretical stress profiles for any thermal distribution, from the experimental input data obtained by pull-out tests

Cette thèse a pour objectif de développer des méthodes ultrasonores pour l’END de l’adhésion de joints collés. Pour aborder ce problème, les assemblages sont réalisés avec des substrats en aluminium (isotrope, élastique) et un adhésif de type époxy(isotrope, viscoélastique). Selon la géométrie des assemblages, deux méthodes sont proposées pour obtenir une information quantitative sur le niveau d’adhésion. La première est adaptée à des échantillons de type tri-couches avec recouvrement total.Elle consiste à analyser la transmission d’ondes ultrasonores planes de volume à travers l’assemblage immergé dans l'eau.Les conséquences d'un mauvais traitement de surface des substrats sur la mesure des modules de viscoélasticité du joint adhésif sont étudiées. Il a été montré que des interphases dégradées provoquent une anisotropie apparente des modules mesurés pour le joint de colle. Cette anisotropie a été quantifiée à l'aide de deux paramètres β1 et β2 dont les valeurs permettent de révéler la qualité des interphases. Ensuite, les modules élastiques (ou raideurs kL et kT) des interphases ont été estimés, en supposant les propriétés de l'adhésif connues. On montre que leurs valeurs sont maximales lorsque l'adhésion est nominale, et qu’elles diminuent franchement lorsque l'adhésion est dégradée, mais dans des proportions différentes. Des mesures de la contrainte à rupture, réalisées sur des échantillons préparés dans les mêmes conditions, corroborent la chute des modules des interphases. La seconde méthode est adaptée à des échantillons collés avec un recouvrement partiel. Elle es tbasée sur la mesure du coefficient de transmission d'ondes de Lamb se propageant d'un substrat à l'autre, à travers la zone de recouvrement. Une étude de sensibilité numérique (par éléments finis) des coefficients de transmission des modes de Lamb a montré que les propriétés mécaniques des interphases (modélisées par des raideurs surfaciques) peuvent être évaluées si les autres caractéristiques de l’assemblage sont connues. Des mesures expérimentales de ces coefficients de transmission ont ensuite été réalisées avec deux échantillons. L’un d’eux possède des interphases à adhésion nominale et l’autre des interphases dégradées. Une confrontation entre les résultats des mesures obtenus pour les différents modes et les simulations numériques permet de déterminer les valeurs des raideurs d’interfaces pour chaque échantillon. Là encore, il est observé qu’une mauvaise adhésion se traduit par des valeurs faibles des raideurs d’interfaces, qui peuvent être quantifiées, cette fois,grâce aux ondes ultrasonores guidées
The aim of this thesis is to develop NDT ultrasonic methods for the evaluation of the adhesion at interfaces in bonded joints.To address this problem, the assemblies are made of aluminum substrates (isotropic, elastic) and epoxy adhesive (isotropic,viscoelastic). Depending on the geometry of the studied assemblies, two methods are proposed to obtain quantitativeinformation on the adhesion level. The first method is suitable for three-layered plate-like samples. It consists in analyzingthe transmission of bulk ultrasonic plane waves through the assembly immersed in water. The consequences of a inapropriatesurface treatment of the substrates on the measurement of viscoelastic moduli of the joint are studied. It has been shown thatdegraded interphases cause an apparent anisotropy of the measured elastic moduli of the joint. This anisotropy was quantifiedusing two parameters β1 and β2 whose values can reveal the quality of the interphases. Then, the elastic moduli (or stiffnesseskL and kT) of the interphases were estimated, assuming that the adhesive layer properties are known. It was shown that theirvalues are higher when the adhesion is nominal, and are strongly decreased when the adhesion is degraded. Measurements ofthe mechanical strength, on samples prepared under the same conditions, confirmed the drops in these elastic moduli. Thesecond method is more suitable for lap joint samples. It is based on the Lamb wave transmission coefficient measured fromone substrate to the other, across the overlap zone. A numerical sensitivity analysis (finite element model) of the transmissioncoefficients of Lamb waves showed that the mechanical properties of the interphases (modeled by interfacial stiffnesses) canbe evaluated if the other characteristics of the assembly are well known. Experimental measurements of the transmissioncoefficients were then performed on two samples. One of them has interphases with nominal adhesion and the other hasdegraded interphases. A comparison between the measured results obtained for the different modes and numericalsimulations was used to determine the values of the interfacial stiffnesses for each sample. Again, it was observed that pooradhesion leads to low values of the interfacial stiffnesses of the interphases, that can be quantified using guided ultrasonicwaves

L'objectif de ce travail est de pouvoir évaluer l'impact des paramètres aléatoires sur la tenue en service des assemblages collés dans le milieu naval. Une particularité de ces assemblages est l'utilisation de pièces de grandes dimensions et de joints de colle relativement épais (de l'ordre de 0,5 mm). La prise en compte de la dépendance temporelle des phénomènes et des sollicitations extérieures nécessite la mise en oeuvre de la théorie de la fiabilité fonction du temps. Ce type de couplage mécano-fiabiliste, pour des structures à comportement fortement non linéaire, nécessite des modèles mécaniques robustes tout en limitant le coût numérique. Pour répondre à ces contraintes, nous proposons l'utilisation de modèles de type zone cohésive pour décrire le comportement de la colle dans l'assemblage. Cette démarche utilisant un modèle d'endommagement est compatible avec la description de la dégradation progressive de la colle, avec la prise en compte de défauts initiaux et avec la modélisation de la propagation de fissures. Une première identification des paramètres d'un modèle de comportement endommageable de la colle, à partir d'essais mécaniques, a permis de mettre en oeuvre le couplage des approches fiabilistes avec la simulation par Éléments Finis de la dégradation d'une colle dans un assemblage.

Ce mémoire présente les travaux de thèse visant à étudier le comportement parasismique des éléments de murs à ossature en bois aux travers d’approches expérimentales et du développement d’une méthodologie d’application de méthodes basées sur la performance sismique. Les approches expérimentales sont constituées de trois campagnes d’essais : (1) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle d’assemblages agrafés et pointés, (2) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle de l’élément de mur à ossature en bois et (3) une série d’essais dynamiques sur table vibrante. La base de données constituée par les résultats d’essais permet alors l’examen des propriétés de résistance et de raideur des éléments de murs suivant les conditions de sollicitation (vitesse d’essai, chargement vertical). Le développement d’une modélisation à l’échelle macro du comportement cyclique et dynamique de tels éléments est également proposé à l’aide de modèles de loi de comportement hystérétiques. Une méthodologie d’application aux structures à ossature bois de méthodes basées sur la performance sismique (méthode N2 et MPA) ainsi qu’une analyse de vulnérabilité - construction de courbes de fragilité - à l’aide de la méthode N2 sont proposées
This thesis presents a study of the seismic behavior of light timber frame walls with stapled and nailed sheathings through experimental approaches and the development of a methodology for the application of seismic performance-based methods. The experimental approaches consist of three test campaigns: (1) a series of static tests on stapled and nailed connections, (2) a series of static tests performed on light timber frame walls and (3) a series of dynamic tests performed on light timber frame walls on a vibrating table. The database consists of these test results then allows the examination of strength and stiffness properties of the wall elements according to the stress conditions (strain rate, vertical load). The development of a macro-scale modeling of the cyclic and dynamic behavior of such elements is also proposed using constitutive law models. A framework of the application to light timber frame structures of seismic performance-based methods based (N2 method and MPA method) and a vulnerability analysis - fragility curves - using the N2 method are proposed

Ces dernières années, le collage structural est devenu une technique d'assemblage particulièrement prisée par l'industrie des transports. Son développement est néanmoins ralenti par des restrictions sévères et des règles de dimensionnement qui demeurent quelque peu empiriques. Aujourd'hui encore, les méthodes de caractérisation et les outils basés sur la méthode des éléments finis ne sont pas toujours appropriés aux applications industrielles. Ce travail de thèse a consisté à développer une démarche expérimentale et numérique permettant d'envisager un outil d'aide au dimensionnement des collages structuraux. Pour caractériser mécaniquement l'adhésif au sein d'un assemblage, un dispositif expérimental dérivé du système de M. ARCAN est employé. Celui-ci permet de faire varier la direction de chargement tout en conservant un état de contrainte relativement uniforme au sein du joint. S'appuyant sur les observations expérimentales, un modèle de comportement non linéaire basé sur un critère de Drucker-Prager généralisé est alors proposé. Un éclairage particulier sur la morphologie de la microstructure apporte des éléments concernant les mécanismes d'endommagement. Afin de surmonter les contraintes informatiques industrielles (raffinement du maillage, temps CPU, etc.), un outil numérique a été développé. Celui-ci est basé sur la version-p de la méthode des éléments finis qui permet de conserver des maillages « industriels » avec une description raisonnable des joints collés. Cet outil est apparu assez performant pour détecter les effets de bord sur des maillages grossiers. Ce travail constitue un premier pas vers une prédiction simplifiée de la tenue mécanique des collages structuraux.

Les liaisons boulonnées ou rivetées sont, en apparence, l’un des systèmes mécaniques parmi les plus simples qui soient. La fonction première de ces éléments est d’assurer un encastrement rigide entre les composants qu’elles assemblent. Le dimensionnement de ces pièces aux efforts statiques nominaux est un problème assez largement résolu. Néanmoins, ces composants suscitent l’intérêt des ingénieurs et chercheurs depuis plus de 50 ans. Ce paradoxe s’explique en partie par l’amortissement important que ces liaisons produisent au sein des structures. Les efforts subis par les liaisons d’assemblages provoquent le glissement partiel des interfaces de contact. Il résulte de ce glissement, une dissipation par frottement qui est une source majeure d’amortissement des structures aéronautiques. Le niveau vibratoire d’un système est directement lié à son amortissement, c’est à dire à sa capacité à dissiper ou à accumuler de l’énergie. Dans le domaine du transport, entre autres, les vibrations sont néfastes car elles nuisent au confort des usagers ou à l’intégrité des structures. Le bon dimensionnement des assemblages est donc de nature à améliorer le comportement vibratoire des systèmes mécaniques. Actuellement, les outils de calcul numériques permettent d’estimer assez précisément les modes et fréquences propres d’une structure a priori mais l’amortissement, c'est-à-dire le niveau vibratoire, reste une donnée mesurée, a posteriori au travers d’essais couteux. Ceci s’explique par le caractère multi-échelle et la complexité des problèmes de contact. Ainsi, le comportement dynamique des assemblages reste un sujet d’étude très privilégié. Les travaux de cette thèse cherchent à répondre de manière pratique au besoin de produire des modèles réduits de structures assemblées pour la dynamique
At first sight, riveted and bolted connections seem to be one of the simplest mechanical systems possible. The primary function of these elements is to provide a rigid clamping between the components they assemble. The designing of these parts to nominal static stresses is already quite mastered. However, engineers are still bothered when it comes to modeling these components which have been studied for more than 50 years. This paradox can be explained by the large damping ratios joints generate in structures. The vibration level of a system is directly related to its damping ratio, i.e. its ability to dissipate or store energy. In the field of transport, among others, vibrations are unwanted because they affect the comfort of the users or the integrity of structures. A good designing of jointed structures is likely to improve the vibration behavior of mechanical systems. Nowadays, numerical calculations allow for the computing of the modes but the damping is still measured, a posteriori, through expensive tests. This is explained by the multi-scale nature and the complexity of contact physics. That is why the dynamic behavior of assembled structures remains an area of study for researchers. The work of this thesis aims to provide practical solutions for the identification and the designing of reduced order models for the dynamics of assembled structures

Le collage suscite un intérêt important pour remplacer les techniques traditionnelles d’assemblage, car il permet d’alléger les structures via une meilleure répartition des contraintes, et également de limiter les contraintes liées à l’assemblage de matériaux différents. Cependant, l’absence de technique de contrôle non destructive robuste de la qualité du collage et plus particulièrement de l’adhésion freine son développement en particulier dans le domaine aéronautique. Dans ce travail une méthode d’inspection ultrasonore d’interfaces collées qui doit révéler des défauts d’adhésion est proposée. Cette technique est validée sur un système représentatif d’applications industrielles, à savoir une liaison entre substrats métalliques liés par un adhésif époxy en film de faible épaisseur. Des défauts ont été introduits au sein de l’interface adhésive (dans l’adhésif ou à l’interface adhésif/substrat) de façon à simuler des défauts rencontrés en environnement industriel. Afin d’améliorer les capacités de détection des méthodes ultrasonores linéaires usuelles, des algorithmes de reconstruction des courbes de dispersion optimisés ont été développés. Cependant, les ondes guidées ne se sont pas montrées suffisamment sensibles à des interfaces faibles dans cette configuration, pour des adhésifs de faible épaisseur et lorsqu’une incertitude des épaisseurs des matériaux est tolérée. Dès lors, des méthodes de contrôle reposant sur l’interaction non-linéaire entre une onde ultrasonore de forte amplitude et un défaut sont proposées car moins système dépendant. Pour détecter et quantifier ces nonlinéarités, des ultrasons suffisamment énergétiques doivent être générés, ce qui implique généralement l’usage de dispositifs électroniques de puissance potentiellement intrinsèquement non-linéaires. Pour contourner ces limitations technologiques, un dispositif dédié est proposé, utilisant des traducteurs alimentés sous tension faible et placés sur un objet réverbérant. L’émission de signaux complexes préalablement établis par étalonnage permet par retournement temporel de concentrer l’énergie acoustique temporellement et spatialement, pour générer des déplacements particulaires ultrasonores de fortes amplitudes à la surface de l’échantillon contrôlé. Pour valider cette approche, le dispositif est utilisé pour contrôler des interfaces collées au sein desquelles différents types de défauts de collage ont été introduits : pollutions (particules de PTFE, démoulant, trace de doigt, etc.), insert. Les échantillons sont finalement testés mécaniquement pour évaluer la sensibilité de la résistance des interfaces à la présence de ces défauts
Bonding is of great interest to replace traditional assembly techniques, as it makes it possible to lighten structures, through a better distribution of stresses but also to limit the stresses associated with assembling different materials. However, the lack of a robust non-destructive control technique for bonding quality and more particularly adhesion slows down its development, particularly in the aeronautical field. In this work an ultrasonic inspection method of glued interfaces which should reveal defects in adhesion is proposed. This technique is validated on a system representative of industrial applications, metal substrates bonded by a thin film epoxy adhesive. Defects have been introduced into the adhesive interface (in the adhesive or at the adhesive/substrate interface) in order to simulate defects encountered in an industrial environment. In order to improve the detection capabilities of conventional linear ultrasonic guided waves methods, algorithms for reconstructing optimized dispersion curves have been developed. However, the guided waves were not sufficiently sensitive to low interfaces in this configuration, where adhesives are thin, and an uncertainty of material thickness is tolerated. Therefore, control methods based on the non-linear interaction between a high amplitude ultrasonic wave and a defect are proposed. To detect and quantify these non-linearities, sufficiently energetic ultrasound must be generated, which generally involves the use of potentially intrinsically non-linear electronic power devices. To overcome these technological limitations, a dedicated device is proposed, using transducers powered under low voltage and placed on a reverberant object. The emission of complex signals previously established by calibration makes it possible to concentrate acoustic energy temporally and spatially, to generate after time reversal ultrasonic particle movements of high amplitude on the surface of the controlled sample. To validate this approach, the device is used to control glued interfaces in which different types of gluing defects have been introduced: pollution (PTFE particles, release agent, fingerprints, etc.), insert. The samples are finally mechanically tested to assess the sensitivity of the interface resistance to the presence of these defects

Ce travail de recherche est axé sur la compréhension du comportement en flexion, statique et instantané, des structures multimatériaux acier-béton collées du génie civil. La première étape consiste à mener une analyse expérimentale et numérique par éléments finis non linéaire sur la caractérisation de la connexion. L'essai Push-Out a été retenu : deux dallettes de béton C25/30 sont connectées à un profilé métallique. Nous faisons varier la géométrie des dallettes et du joint de colle. La ruine est cohésive dans le béton proche de l'interface par cisaillement. Un effet favorable du frottement entre dallette et presse peut se développer et induire le développement de contraintes de compression et augmenter la contrainte de cisaillement moyenne à l'interface. Les dimensions des éprouvettes et du joint de colle influent sur la charge de ruine. Ainsi, l'essai Push-Out est, dans l'état actuel de connaissances, difficile à utiliser pour la caractérisation de la connexion collée acier-béton en vue du dimensionnement de structures. La seconde partie est consacrée à l'analyse du comportement de poutres mixtes acier béton collées. Un essai sur poutre constituée de prédalles et d'une dalle de compression confirme que le collage est une alternative aux connexions traditionnelles. Nous développons aussi un modèle de calcul en variables généralisées et en variables locales en 3D non linéaire. La modélisation par éléments finis apporte plus de précisions, notamment sur l'état de contraintes à proximité de l'interface et à l'approche de la ruine. Les dimensions du joint de colle et la plastification du profilé influent sur la zone de rupture dans le béton.