26-018 reliability evaluation and damage tolerance of structural bonded joints

Le collage constitue une technologie clé dans les domaines du spatial et de la défense, où il est largement employé pour la réalisation de liaisons structurelles critiques ainsi que pour la fixation d’équipements sensibles. Malgré ses atouts reconnus en termes de simplicité de mise en œuvre, de versatilité et de performances mécaniques élevées, cette technologie présente encore plusieurs verrous scientifiques et industriels. En particulier, la robustesse et la durabilité des assemblages collés demeurent difficiles à garantir sous sollicitations répétées ou en environnements sévères, les performances pouvant être fortement dégradées lorsque les conditions de mise en œuvre ne sont pas rigoureusement maîtrisées.
À ces difficultés historiques s’ajoutent de nouvelles contraintes réglementaires (environnementales, HSE, REACh, etc.) qui provoquent l’obsolescence de nombreuses formulations traditionnelles et rendent nécessaire la requalification de nouveaux adhésifs par ailleurs potentiellement prometteurs. Ces derniers se distinguent non seulement par leurs améliorations mécaniques, mais également par l’intégration de fonctionnalités innovantes, telles que la démontabilité ou l’adhésion réversible, ouvrant la voie à des conceptions plus durables et des mises en œuvre opérationnelles différentes.
Dans ce contexte, la tolérance aux dommages s’impose comme une approche de justification de l’intégrité structurale particulièrement pertinente lorsque des niveaux de fiabilité élevés sont requis. Contrairement à l’approche dite de « durée de vie sûre », qui consiste à dimensionner la structure de manière à éviter toute initiation d’endommagement pendant sa durée d’exploitation, la tolérance aux dommages admet la présence de défauts initiaux tout en garantissant que ceux-ci ne se propagent pas au-delà d’une taille critique susceptible de compromettre l’intégrité de la structure.
Les liaisons collées sont particulièrement vulnérables à l’initiation de décohésions, en raison des concentrations de contraintes aux bords de joint, mais également de défauts de fabrication (pollutions de surface, préparation inadéquate, conditions de polymérisation non maîtrisées) pouvant conduire à des décollements locaux. Cette approche de tolérance aux dommages s’avère également particulièrement adaptée aux structures réutilisables et/ou soumis à des sollicitations cycliques, dans la mesure où le suivi de la propagation des défauts constitue un outil de surveillance de l’endommagement permettant d’ajuster la durée de vie opérationnelle ou d’anticiper les opérations de maintenance préventive. L’objectif de la présente étude est d’analyser les mécanismes de fissuration au sein des assemblages collés, en s’intéressant plus spécifiquement aux stades précoces de l’endommagement, c’est-à-dire à la phase d’amorçage des décohésions, souvent moins étudiée que les phases de propagation.
Une attention particulière sera portée à la comparaison des comportements entre des adhésifs de référence historiques et des formulations plus récentes, susceptibles de faire l’objet d’une qualification pour des applications notamment spatiales, afin de caractériser les différences d’usage, de performance et dans les méthodologies d’analyse mécanique entre ces différentes générations de produits.
Le travail consistera, dans un premier temps, en la réalisation d’essais de fissuration DCB (Double Cantilever Beam) sollicitant l’interface en mode I. L’étude des conditions d’amorçage s’avère particulièrement délicate, dans la mesure où une pré-fissure artificielle doit être introduite à l’aide d’inserts de nature variée, qui ne permettent pas de reproduire fidèlement la configuration réelle de l’interface collée dans la zone d’amorçage des assemblages. Dans ce contexte, le comportement non linéaire de l’interface adhésive sera évalué à l’aide d’une méthodologie expérimentale originale.
Après l’amorçage et la propagation initiale de la fissure dans la zone de la pré-fissure artificielle, le processus de décohésion sera observé dans une région éloignée de la zone d’amorçage, où une séquence contrôlée de déchargement et de rechargement sera imposée. Le suivi des champs de déformation et de déplacement par corrélation d’images numériques (CIN), combiné à d’autres techniques de mesure avancées — telles que l’extensométrie, les fibres optiques ou l’émission acoustique — permettra de caractériser finement les mécanismes d’endommagement et d’évaluer le comportement cohésif non linéaire de l’interface collée.
Dans un second temps, cette stratégie d’analyse couplée sera étendue à des cas de chargement mixtes I/II, d’abord proportionnels, puis non proportionnels, afin d’examiner l’influence de la combinaison des modes de sollicitation sur les lois d’endommagement et de rupture. Enfin, dans une dernière étape, la méthodologie développée sera appliquée à des essais sur éprouvettes CLS (Crack Lap Shear), vues comme une représentation simplifiée d’un assemblage structurel type.
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