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M´ ethodes exp´ erimentales de mesure de l’orientation

Ecoulement industriel d’un b´´ eton de fibres

la capacit´e de r´esistance en tension dans les premiers instants de chargement, qui sont d´ecisifs pour le reste du processus [110]. Au vu de ces r´esultats, le pic d’arrachement correspondant `a une largeur de fissure critique de 0,3mm est extrapol´e `a 20.

5.2.3 Influence d’une population de fibres

La l´egitimit´e du crit`ere d’orientation `a 20˚, d´eduit du comportement d’une seule fibre encas- tr´ee dans une matrice, est `a discuter dans le cas de multiples fibres orient´ees de mani`ere plus ou moins al´eatoire. Le cas, par exemple, de deux fibres plac´ees perpendiculairement l’une par rapport `a l’autre entrainera la couturation optimale d’une fissure traversant ces fibres en leur milieu, mˆeme si l’angle form´e par chacune des deux fibres avec la direction de chargement est sup´erieur `a 20. Cependant, au sein d’une distribution al´eatoire de fibres dont l’orientation n’est contrˆol´ee que par l’´ecoulement, la probabilit´e de rencontrer des fibres align´ees selon la direction privil´egi´ee induite par cet ´ecoulement est largement sup´erieure `a toute autre configuration. Le crit`ere d’orientation de 20˚ peut donc s’appliquer `a une population de fibres comme une orien- tation critique `a partir de laquelle chaque fibre participera `a la couturation d’une fissure se propageant perpendiculairement `a cette direction privil´egi´ee.

5.3 M´ethodes exp´erimentales de mesure de l’orientation

section est repr´esentatif du nombre de fibres disponibles pour couturer une fissure se propageant sur cette section. Un exemple de mesure d’orientation par comptage manuel est donn´e `a la sec- tion suivante.

L’analyse d’images permet de d´eterminer plus pr´ecis´ement l’orientation de chacune des fibres sur une section. Aucune restriction ne porte sur la taille des fibres ou leur concentration. Par contre, la taille des sections photographi´ees est limit´ee par l’appareil photographique utilis´e et la haute qualit´e de l’image requise. De plus, la diff´erence de couleur n´ecessaire entre la fibre et la matrice pr´esente une forte contrainte dans le choix des fibres utilis´ees. Peu de r´esultats sont pr´esent´es dans la litt´erature .

La tomographie par rayons X permet de recr´eer une image en 3 dimensions des fibres dans le mat´eriau. Le mat´eriel utilis´e est cependant tr`es couteux [159].

Enfin nous avons vu `a la section5.2 que l’orientation des fibres modifiait leurs r´esistances m´e- caniques `a l’´etat durci. Des essais m´ecaniques classiques, principalement l’essai de traction et l’essai de flexion, peuvent alors ˆetre utilis´es pour d´eterminer qualitativement l’´etat d’orientation d’une population de fibres dans un composite cimentaire [144],[151],[152],[159],[173]. L’influence de l’orientation des fibres sur les r´esistances m´ecaniques des mat´eriaux `a l’´etat durci n’est ce- pendant ici que qualitative.

5.3.2 Exemple de mesure de l’orientation sur un canal `a surface libre

Un exemple de r´esultats issus de comptage de fibres sur les sections successives d’un canal `a surface libre est propos´e ici.

L’orientation est exprim´ee par un facteur d’orientation d´efini dans la section5.4.2pour s’affran- chir de la difficult´e de manipuler la notion d’orientation en 3 dimensions `a travers une section [149],[151],[152],[82]. Il s’´ecrit :

Ntheo= Abφf Af

(5.1) avecAf la section d’une fibre,Ab la section de la structure etφf la fraction volumique en fibres.

5.3.2.1 Protocole exp´erimental

Nous choisissons de fabriquer une pˆate de ciment type BAP renforc´ee en fibres de mani`ere `a

´eviter les interactions fibres/granulats au cours du processus d’orientation des fibres. L’absence de granulats facilite de plus le comptage de fibres sur les sections de mat´eriaux. La pˆate se compose de ciment CEM I pour un ratio e/c = 0,5. Du filler calcaire est m´elang´e au ciment selon un ratiof iller/ciment= 0,5. Du superplastifiant (type poly-carboxylate) est ajout´e `a la pˆate `a hauteur de 0,5% par rapport `a la masse de ciment. 0,5% de fibres de facteur d’aspect r= 50 (de longueur 10mm) sont ajout´ees `a la pˆate durant la phase finale de l’´etape de malaxage, correspondant `a un encombrement de φff m= 0,0625. Un seuil de 30P aest mesur´e par essai d’´etalement une fois le malaxage termin´e.

Le mat´eriau est ensuite vers´e (sans temps de repos) dans un canal de longueur L= 60cm par une de ses extr´emit´es et s’´ecoule dans le canal avant d’atteindre son extr´emit´e oppos´ee. Apr`es la prise, le canal est d´ecoup´e en tron¸cons de 10cm d’´epaisseur dans la direction de l’´ecoulement

Ecoulement industriel d’un b´´ eton de fibres

(cf.Figure 5.3). Aucun ph´enom`ene de s´edimentation des fibres n’est observ´e sur les sections.

Les fibres sont alors compt´ees sur chacune de ces sections d´ecoup´ees en zones d’int´erˆet.

Figure 5.3– Sections du canal `a surface libre.

5.3.2.2 R´esultats

Le nombre de fibres compt´ees par zone d’int´erˆet nous donne acc`es `a un facteur d’orientation, repr´esentatif de l’intensit´e de l’orientation sur les zones ´etudi´ees. Ce facteur est d´ecrit dans la section5.4.2de ce chapitre. Les facteurs d’orientation des fibres sur les sections successives sont report´ees sur laFigure 5.4.

Facteur d'orientation (-)

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

-0,05 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Largeur de la section (m)

X/h = 2 X/h = 4 X/h = 6 X/h = 8 X/h = 10 X/h = 12 Moyenne

Paroi zone

non cisaillée

zone cisaillée Effet de

paroi Effet de

paroi

Paroi

zone cisaillée

isotropie

Figure 5.4 – Facteur d’orientation (issu du comptage de fibres) selon la direction de l’´ecoulement sur diff´erentes sections du canal `a surface libre.