Connaître les mécanismes d’endommagement

Fractographie

Connaître les mécanismes d’endommagement provoquant la rupture des pièces en caoutchouc est une étape importante dans l’optimisation de leur comportement en fatigue. Les chapitres précédents ont permis d’établir un critère, capable d’estimer les durées de vie en fatigue multiaxiale de diabolos en polychloroprène. Toutefois, ce paramètre ne fournit pas d’informations concernant les phénomènes microscopiques liés à la fatigue du matériau. Cela peut être obtenu par l’observation de faciès de rupture. Legorju-Jago (1998) réalise une analyse fractographique d’éprouvettes de propagation de fissure en caoutchouc naturel pour différents niveaux de chargement, températures et fréquences. Elle montre l’apparition de languettes dans une zone proche de la pointe de fissure, de morphologies différentes suivant la fréquence de sollicitation (fig. 4.1). Elle les définit comme étant le résultat d’une thermo-oxydation du matériau. Lacroix (2004) observe les faciès de rupture d’éprouvettes diabolos en polychloroprène ayant subi de la fatigue en traction. Il montre que la fissure se propage à partir de défauts microscopiques présents dans le matériau (fig. 4.2). Il optimise alors son comportement en fatigue uniaxiale en améliorant son homo- généité. Il montre également l’existence de languettes, similaires à celles observées par Legorju-Jago (1998) dans la zone d’amorçage en fatigue (fig. 4.3). Ces deux élastomères étant répertoriés dans la litté- rature comme « cristallisant sous contrainte », on peut se poser la question du rôle joué par les languettes dans la cristallisation sous contrainte. Gauchet (2007) étudie l’influence du type de noir de carbone dans la morphologie des faciès de rupture pour un HNBR (fig.4.4 et 4.5). Elle y définit une zone rugueuse de propagation en forme de rosace (fig. 4.4).

Elle constate qu’en diminuant la surface spécifique du noir de carbone, la rugosité des pétales tique du comportement en fatigue du NR.De nombreuses études ont été menées pour appréhender la fractographie de différents élastomères (NR (Bhowmick et al., 1979b), (Legorju-Jago, 1998), (Legorju-Jago et Bathias, 2002), (Le Cam et al., 2008), SBR (Setua et De, 1983), NBR (Bascom, 1977a), (Bascom, 1977b), (Bhowmick et al., 1979a), XNBR (Chakraborty et al., 1982), HNBR (Gauchet et al., 2007), (Gauchet, 2007), CR (Lacroix, 2004)). Peu d’entre elles traitent du polychloroprène. L’influence de différents paramètres (contrainte maximale, température, fréquence) sur le faciès de rupture de caoutchoucs NR et HNBR a été explorée dans la littérature. Un travail a été réalisé pour décrire l’effet du rapport de déformation sur la rupture d’un caoutchouc naturel. En revanche, l’impact du rap- port de chargement (rapport de charge, rapport de déplacement) sur la morphologie du faciès de rupture ne semble pas encore avoir été examiné.

L’étude fractographique en traction est réalisée pour identifier l’influence du rapport de charge dans la morphologie des faciès de rupture du polychloroprène. Dans un premier temps, les analyses sont menées à l’échelle macroscopique afin de voir l’effet du rapport de charge sur la morphologie globale du faciès de rupture (Fig. 4.8). Cette étude est réalisée sur un Microscope Electronique à Balayage de type JEOL JSM 5900 LV. Pour des rapports de charges positifs, l’ensemble des faciès de rupture possèdent deux domaines : une zone rugueuse, qui semble être celle de propagation stable, et une autre, plus lisse, et assimilable celle de fin de vie. Cette description, ne fonctionne pas pour des faciès de rupture à rapports de charge négatifs, qui se distinguent par la présence de forts reliefs.

Lacroix (2004) propose une décomposition de leur faciès de rupture en trois domaines : une zone d’amorçage, une zone de propagation stable et une zone de rupture finale (fig. 4.2).La figure 4.9 propose un modèle de description des faciès de rupture relatifs à des rapports de charge positifs et peuvent être divisés en 4 zones : la zone d’amorçage de fissure (fig. 4.9-a), la zone de propaga- tion stable (fig. 4.9-b), la zone de fin de vie (fig. 4.9-c) et la zone de déchirement, que nous appellerons également zone catastrophique (fig. 4.9-d)La figure 4.9 montre deux zones d’amorçage possible : l’image de gauche correspond à une amorçage de fissure en surface d’éprouvette, tandis que, dans la seconde, elle se localise au niveau d’un défautau sein de la matrice élastomère. Dans cette campagne de fatigue expérimentale, une grande majorité d’éprouvettes a rompu à partir du plan de joint (Poisson et al., 2011).Afin de pouvoir quantifier les différences liées aux conditions de fatigue, une observation macrosco- pique, puis microscopique sera menée dans deux zones distinctes : la zone d’amorçage de fissure et la zone catastrophique. Nous avons montré (Poisson et al., 2011) des languettes en zone d’amorçage de fis- sure de faciès de rupture d’un polychloroprène, semblables à celles observées par Legorju-Jago (1998) sur du NR, par Lacroix (2004) sur du polychloroprène et par Gauchet (2007) sur du HNBR. Nous avons supposé la possibilité que ces languettes aient un lien avec la cristallisation du matériau sous contrainte, sans apporter d’éléments suffisants pour le prouver (Poisson et al., 2011). C’est pourquoi l’objectif de la partie suivante sera de quantifier l’influence des conditions de chargement dans la densité et la mor- phologie des languettes dans les deux zones étudiées. Nous allons maintenant nous focaliser sur la zone d’amorçage de fissure.