D4 Fractographie Microscopie

Topique

Ce modèle analyse la surface de rupture d'un stratifié après sa défaillance, afin d'identifier le mécanisme prédominant. Cette analyse, réalisée a posteriori et non pendant la rupture, est appelée analyse post-mortem. Elle est effectuée par microscopie électronique à balayage (MEB) directement sur la surface de rupture.

L'observation de la surface de rupture par MEB permet d'identifier le mécanisme prédominant parmi les suivants : arrachement (la fibre est arrachée de la matrice, créant un espace vide), décollement (la fibre se sépare nettement de la matrice sans se rompre), rupture de la fibre (la fibre se rompt, laissant une surface de rupture plane) ou déviation de la fissure (la fissure contourne les fibres au lieu de les traverser en ligne droite). Chaque mécanisme laisse une marque distincte sur la surface de rupture, permettant ainsi à la MEB de déterminer le mécanisme prédominant par simple observation. Lorsque le mécanisme dominant identifié est l'arrachement, ce modèle mesure également la longueur moyenne d'arrachement sur la surface de fracture : la longueur de fibre qui reste exposée, arrachée de la matrice, avant que la fibre ne se rompe au lieu de continuer à glisser. Le fait que cette longueur moyenne d'arrachement mesurée coïncide avec la longueur critique théorique de la fibre — la longueur en dessous de laquelle une fibre s'arrache au lieu de se rompre, déjà établie dans un autre modèle de cet ensemble, celui qui décrit l'interface fibre-matrice — est ce qui vérifie expérimentalement cette longueur critique théorique ; le fait que les deux longueurs diffèrent sensiblement signifie que l'autre modèle doit être révisé.

Le comptage stéréologique, en revanche, détermine la fraction de la surface totale de fracture correspondant à chacun de ces mécanismes : en superposant une grille sur la surface de fracture et en comptant, à chaque point de cette grille, le mécanisme auquel il correspond, on obtient la proportion de la surface fracturée correspondant à l'arrachement, au décollement, à la rupture de la fibre et à la déviation de la fissure. Puisque chaque point de cette grille est comptabilisé selon le mécanisme auquel il correspond, la somme de ces comptages donne directement la fraction de surface fracturée pour chaque mode. Ce modèle réutilise, pour ce comptage, la même méthode de comptage stéréologique que celle employée, dans le même but, par le modèle équivalent pour les métaux.

Ainsi, ce modèle, grâce à l'analyse fractographique qui a permis son élaboration, permet de valider deux autres modèles de cet ensemble : la longueur d'arrachement moyenne qu'il mesure, comparée à la longueur critique théorique, valide le modèle décrivant l'interface fibre-matrice ; et la fraction de surface fracturée par chaque mécanisme, qui détermine le comptage stéréologique, valide le modèle décrivant les mécanismes de renforcement du stratifié.

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