Lundi
14 Janvier 2002
ONERA
29,
avenue de la Division Leclerc
92322
Chatillon Cedex
Salle
ISP, 7ième étage A-07-E6
Le
thème de cette journée était dédié à la rupture des couches minces. Tant les
aspects expérimentaux que la modélisation de la rupture ont été abordés. Afin
d’alimenter les modèles, certains intervenants ont présentés des travaux
concernant l’identification des paramètres intrinsèques aux couches (propriétés
élastiques, etc …)
C. Marais
(ONERA/DMSC, Chatillon) Fissuration de
composites carbone/BMI induite par thermo-oxydation.
C. Marais a présenté une étude concernant le comportement à long terme des CMO. Des résultats expérimentaux montrant l’évolution de l’endommagement en fonction des conditions de sollicitation et d’oxydation de ces composites, mais aussi de la matrice non renforcée, ont été analysés. Une scénario expliquant l’apparition de ces mécanismes a été proposé. L’intervention s’est achevée par l’étude d’un modèle chimique prévoyant la consommation d’oxygène et la croissance de la couche d’oxyde.
B. Audoin (LMP, Université Bordeaux
1) Mesure par ultrasons-laser de
l'élasticité de couches anisotropes déposées sur un substrat ; savoir-faire et
perspectives pour la caractérisation de couches minces.
B. Audoin a présenté des techniques acoustiques afin
de caractériser les propriétés élastiques des couches minces. Ces techniques
permettent de remonter au tenseur complet d’élasticité du matériau. Les
résultats obtenus sur matériaux modèles sont très probants. A l’heure
actuelle, seuls des matériaux d’une
épaisseur d’une centaine de microns peuvent être caractérisés, il est prévu de
développer très prochainement un moyen expérimental permettant descendre à des
grandeurs de l’ordre du micron.
G. Bernhart (Ecole des Mines d’Albi) Fissuration et écaillage de couches d'oxydes
lors de cycles thermiques.
L’exposé de G. Bernhart concernait la formation
et l’écaillage de couches d’oxyde lors du formage à haute température de
matériaux. Les couches d’oxydes peuvent s’écailler lors du démoulage et donc
conduire à des états de surface peu satisfaisants. Diverses techniques
expérimentales ont été présentées afin d’étudier les cinétiques d’écaillage.
Deux scénarii, basés sur des modèles énergétiques proposés par Evans,
permettent d’expliquer les phénomènes observés : écaillage par « wedging »
ou par « buckling ». Il semble que pour les courtes durées, l’écaillage par wedging soit le plus
probable, alors que pour les longues durées il s’agisse plutôt du buckling. On
notera que pour expliquer les phénomènes expérimentaux il est nécessaire de supposer
que le taux d’énergie critique caractérisant la rupture évolue au court du
temps (et est donc fonction de l’épaisseur d’oxyde).
A.M. Huntz et
M. Andrieux
(LEMHE, Université Paris XI ) Caractérisation
mécanique de couches minces d'oxyde.
A.M. Huntz a présenté diverses techniques expérimentales afin de caractériser les couches minces d’oxyde. Une première partie a concerné la détermination expérimentale des déformations (et des contraintes). Des techniques de diffraction de rayons X, de microscopie Raman ou de déflexion sur éprouvettes dissymétriques peuvent être utilisées. L’exploitation des résultats expérimentaux est souvent rendue délicate à cause du peu de données sur les propriétés mécaniques de ces matériaux. C’est pourquoi dans un second temps il a été présentés quelques moyens expérimentaux permettant d’évaluer les propriétés mécaniques. On retiendra les essais de flexion sous MEB ou les essais de nano-indentation (pour les faibles épaisseurs).
P. Peters, M. Bartsch, et B. Baufeld (DLR/Institut of Materials Research, Köln, Allemagne) Thermomechanical
testing and simulation of testing of thermal barrier coatings.
L’exposé de P. Peters a principalement porté sur ses premiers travaux concernant les barrières thermiques. Les barrières thermiques sont des revêtements multicouches (sous-couche/oxyde/céramique) destinés à protéger le superalliage constituant les aubes de turbines haute pression. Il est actuellement développé au DLR un dispositif expérimental destiné à tester ces barrières dans les conditions d’utilisation. L’éprouvette, sur laquelle est déposée par PVD une couche de barrière thermique, est de type cylindrique, avec gradient de température dans l’épaisseur de la paroi. Les calculs thermiques présentés par P. Peters ont permis de dimensionner de façon correcte cette éprouvette (rayons intérieur et extérieur, chauffage, système de refroidissement …) avant les premiers essais.
F. Feyel (ONERA/DMSE, Chatillon) Modélisation de la fissuration des barrières thermiques.
L’exposé des travaux de thèse de M. Caliez a été fait par F. Feyel. Il a été mis en évidence, dans des travaux précédents, divers type d’écaillage des barrières thermiques en fonction du type de sollicitation (thermique, cyclique …). Un modèle éléments finis est donc développé couplant calculs de diffusion (pour simuler la croissance de la couche d’oxyde) et calculs mécaniques avec endommagement (en insérant des modèles de zone cohésive à l’interface oxyde/sous-couche). Les tendances expérimentales sont bien reproduites si on considère que l’énergie de décohésion varie en fonction de l’épaisseur d’oxyde. Des simulations des différents scénarii d’écaillage ont été effectués en utilisant les mêmes modèles insérés entre chaque élément fini constituant le maillage de la couche d’oxyde, autorisant ainsi la propagation des micro-fissures à travers l'oxyde, et aboutissant à l'écaillage complet par coalescence des fissures aux deux interfaces. Les difficultés inhérentes à ce type de modélisation ont été analysées à travers plusieurs exemples, et des solutions ont été avancées pour palier à l’influence des paramètres de la loi de comportement des modèles de zones cohésives sur la réponse globale de la structure
T. Ganne (LMS, Palaiseau) Comportement à la fissuration de revêtements
fragiles sur substrat ductile.
L’un des objectif du travail de T. Ganne concernait
l’amélioration des tubes d’armes (acier revêtus par PVD d’un dépôt de W). Le
but était d’étudier l’effet d’épaisseur et du traitement thermique sur la tenue
de ces dépôts par des essais in-situ de flexion 4 points sous MEB (avec
extensométrie par grille d’or). Ces essais ont été accompagnés par des
modélisations par éléments finis qui reproduisent bien les résultats
expérimentaux. T. Ganne a également montré, grâce à un modèle analytique type
shear-lag, l’influence de l’épaisseur
d’oxyde et de la limite d’élasticité de l’acier sur l’évolution de la densité
de fissure en fonction de la déformation, permettant ici une optimisation des
dépôt de W.
P. Bossis (CEA, Saclay) Rupture dans les couches d'oxydes formées
lors de la corrosion d'alliages de zirconium
P. Bossis a présenté divers résultats concernant
l’écaillage des couches d’oxyde d’alliage de zirconium. La cinétique
d’oxydation est assez particulière et présente une transition pour une
épaisseur de 2microns. La fissuration s’amorce sur les retards du front
d’oxydation. Des mesures de contraintes par diffraction de RX montrent que la
couche d’oxyde est fortement en compression. Des techniques d’analyse d’image
permettent de mesurer la période et l’amplitudes des couches. Des calculs par
EF permettent d’expliquer la forme du front d’oxyde, ainsi que l’apparition de
la fissuration. On notera toutefois que les longueurs de fissures déterminées
numériquement sont très supérieurs à celles mesurées.
Compte rendu rédigé par Nicolas Carrère
Intervenants :
AUDOIN Bertrand
Laboratoire de Mécanique Physique,
UMR CNRS 5469,
Université Bordeaux 1
351, cours de la Libération
33405 Talence FRANCE
tel. 33 (0)5 56 84 69 69
fax. 33 (0)5 56 84 69 64
BERNHART
Gérard
CROMeP (Centre de Recherche Outillages, Matériaux et
Procédés
Ecole des Mines d'Albi-Carmaux Tel : +33 (0)5 63 49 30 56
Route de Teillet Fax : +33 (0)5
63 49 30 99
81013
ALBI CT Cedex 9
BOSSIS Philippe
DEN/DMN/SEMI/LCMI
CEA-Saclay
bâtiment 459
91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Tél : 01 69
08 77 09
Fax : 01 69 08 85 52
FEYEL Frédéric
ONERA/DMSE 29, av. de la Division Leclerc
92322 Chatillon Cedex
GANNE Thomas
Laboratoire de Mécanique des Solides
Ecole Polytechnique
91 128 Palaiseau cedex
Tel : 01 69 33 34 45
HUNTZ Anne-Marie
LEMHE
bat 410
Université Paris XI
91405
Orsay
Tel
01 69 15 63 18
Fax
01 69 15 48 19
ONERA/DMSC 29, av. de la Division Leclerc
92322 Chatillon Cedex
PETERS
Piet
DLR
Institut
of Materials Research
Linder Höhe
D-51147 Köln
Tel.: +49 (2203) 601 2076
Fax: +49
(2203) 696480
Participants :
BARRET Céline
SNECMA
CALIEZ Michaël
Université de TOURS E.I.V.L.
Tel: 02 54 55 84 11
Fax: 02 54 55 84 21
CARE Sabine
LMT
ENS-Cachan
61 avenue du president Wilson
94 Cachan
ONERA Chatillon - DMSE29, avenue de la Division Leclerc92320 Chatillon Cedex
CHABOCHE Jean-Louis
ONERA/DMSE
29, av. de la Division Leclerc
92322 Chatillon Cedex
CHERTI TAZI Omar
LMM - CNRS UMR 7607
Université P. et M. Curie
8 rue du Capitaine Scott
75015 PARIS
- France
DEMIRCI Ibrahim
Université Louis Pasteur - STRASBOURG
ibrahim.demirci@ulp.u-strasbg.fr
DUPEUX Michel
Professeur U.J.F.
LTPCM-ENSEEGn B.P. 75
38402 - Saint Martin d'Heres cedex (France)
Tel. 33 (0)4 76 82 66 25 (direct)
33 (0)4 76 82 53 76 (secretariat)
Fax 33 (0)4 76 82 67 45
IGNAT Michel
INPG
LE BIAVANT Kristell
Snecma – YKO
kristell.lebiavant-guerrier@snecma.fr
LECLERCQ Sylvain
SNECMA
LEGUILLON Dominique
LMM - CNRS UMR 7607
Université P. et M. Curie
8 rue du Capitaine Scott
75015 PARIS
- France
Tel +(33) 01
4427 5322
Fax +(33) 01 4427 5259
LEROY Francois-Henry
ONERA/DMSC 29, av. de la Division Leclerc
92322 Chatillon Cedex
MARTIN Eric
Laboratoire des Composites Thermo-Structuraux
Université Bordeaux 1
05 56 84 47 00
PUTOT Claude
Division Mécanique Appliquée
Institut français du Pétrole
RETHORE Julien,
LMSO, Insa de Lyon
ROSSIGNOL Clément
Laboratoire de Mécanique Physique,
UMR CNRS 5469,
Université Bordeaux 1
351, cours de la Libération
33405 Talence France
SAUZAY
Maxime
CEA
Saclay
DEN-DMN-SRMA
TRUYOL Albert
47 Av. du clos Toutain 92420 Vaucresson
Tél./Fax : 01 47 41 32 39.