Mécaniques
Essais de compression
Nous avons voulu poursuivre la caractérisation de nos matériaux d’un point de vue mécanique. Pour cela, nous avons réalisé des tests de compression sur des petits échantillons de chacun d'eux.
Ces essais consistent à exercer une force sur un matériau afin de calculer des grandeurs caractéristiques de son comportement mécanique telles que son module d’Young.
Dans le cas des mousses, des bouchons antibruit (BAB) et du liège (sens transversal) , nous avons découpé des échantillons de façon à avoir le volume représentatif, soit plus de 10x10x10 cellules ou cavités. Nous avons donc réalisé des pavés pour les mousses et le liège (dans le sens transversal), et un cylindre pour le BAB dont on considère la section constante. Notons qu'il est important de tailler les échantillons dans le coeur de la matière pour ne pas prendre en compte dans les résultats les effets de la surface.
Dans le cas des bouchons de liège étudiés dans le sens longitudinal nous avons testé des échantillons cylindriques soit le bouchon en lui-même avec des vitesses de compression différentes en vue d'étudier son comportement mécanique. Nous avons également testé le liège dans le sens transversal pour différentes vitesses.
Vous pouvez observer ci-dessous les échantillons de liège (dans le sens transversal) taillés dans la matière que nous avons testé en compression.
Nous avons pu ainsi effectuer les tests après avoir «réglé la machine » et notamment en ayant fait le « zéro » qui correspond au moment où la tête de compression touche le socle sans échantillon. Ainsi la hauteur de l’échantillon pourra être connue.
Il se peut que l’appareil mette un certain temps avant d’atteindre la valeur repère de l’effort imposé. Dans ce cas un palier est observé en compression. Cela s’explique par le fait que nous étudions des matériaux poreux et par conséquent, il faut attendre que chaque couche de cellules soit pliée, ce qui peut prendre du temps compte tenu de la quantité d’air présente dans les échantillons.
Il faut être prudent quant à la précision des tests car les capteurs ne sont pas extrêmement sensibles dans cette gamme de contrainte. En effet, les mousses testées sont moins résistantes que les matériaux pour lesquels l’appareil a été conçu.
A la fin du test, nous avons directement accès à la force appliquée, au temps et à l’allongement correspondants. A partir de ces données, la contrainte σ (où σ = F/S) ainsi que la déformation ε (où ε = (l0-l)/l0) peuvent être calculées. Le module d’Young E est déterminé lors de la phase de décompression ou de décharge de l’échantillon et correspond à la forte pente dans le diagramme σ=f(ε). On conserve une trentaine de points pour déterminer cette pente.
Lors de nos différentes mesures, nous avons eu des écarts parfois importants. Pour connaitre la dispersion de ces valeurs et augmenter leur fiabilité il faudrait donc augmenter le nombre d’essais pour limiter les incertitudes.
Bouchon en liège
Nous avons réalisé 9 essais sur les bouchons en liège dans le sens longitudinal avec trois vitesses différentes pour savoir si le matériau a le même comportement selon la vitesse de sollicitation. Un dixième essai a été réalisé suite à un problème survenu lors d'un essai empêchant ainsi son exploitation.
Nous avons ensuite réalisé 6 essais sur le liège dans le sens transversal avec deux vitesses différentes pour étudier l’influence de la direction de prélèvement de l’échantillon ainsi que de la vitesse de sollicitation.
On constate que pour les bouchons en liège dans les deux directions les modules d’Young sont différents selon les vitesses, on a donc des bouchons en liège qui possèdent des caractéristiques mécaniques dépendant de la vitesse de compression. On ne peut pas conclure quant à l’influence de la direction de prélèvement de l’éprouvette car les valeurs sont trop proches. Il faudrait avoir des capteurs plus adaptés à ce type de matériaux.
Même si les valeurs semblent éloignées cette différence est acceptable en particulier pour un matériau naturel.
Mousse polyuréthane plane
Nous avons obtenu, pour cette mousse polyuréthane plane, une seule valeur du module d'Young : E = 119 kPa = 0,119 MPa
Pour cette mousse on ne peut pas conclure sur la validité de cette valeur car nous avons réalisé seulement un essai. On remarque cependant que cette valeur semble plus proche de la valeur du module d’Young de la seconde mousse PU.
Mousse polyuréthane alvéolaire
Nous avons réalisé deux tests sur deux échantillons de la mousse polyuréthane alvéolaire.
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Echantillons : |
E (kPa) |
E (MPa) |
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Echantillon n°1 |
154 |
0,154 |
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Echantillon n°2 |
169 |
0,169 |
Pour la mousse polyuréthane alvéolaire, on observe que les valeurs sont proches. Pour avoir plus de fiabilité on pourrait effectuer d’avantage d’essais.
Bouchon anti-bruit
Nous avons réalisé deux tests consécutifs sur le même échantillon de bouchon anti-bruit.
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E (kPa) |
E (MPa) |
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BAB 1er test |
257 |
0,257 |
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BAB 2ème test |
483 |
0,483 |
On observe que pour un même échantillon, les valeurs du Module d’Young pour les deux mêmes essais sont très différentes. Cette différence est due au fait que le bouchon anti-bruit met un certain temps retrouver sa forme initiale contrairement aux autres mousses. On dit que son comportement est viscoélastique. Or, comme le module d’Young est mesuré pendant cette phase, les écarts sont beaucoup plus importants. Pour avoir une expérience reproductible, il faudrait attendre un temps beaucoup plus long avant de répéter la compression.