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La karstification des bas plateaux calcaires de l’est de la France est dominée par les karsts verts (sous forêt) et les karsts couverts ou de contact lithostratigraphique. La connaissance de la répartition spatiale de l’exokarst est difficile en forêts privées. C’est le cas en Montagne de Reims, sur le revers forestier de la côte d’Ile de France, à couverture cénozoïque, qui constitue un espace à forts enjeux patrimoniaux (Parc Naturel Régional (PNR), Forêt d’exception®, Réserves biologiques, inscription UNESCO), comprenant 33 % de forêts domaniales et communales morcelées dans 66 % de forêts privées. Une mission réalisée durant l’hiver 2017-2018 pour l’ONF et le PNR Montagne de Reims a permis de restituer un Modèle Numérique de Terrain (MNT) haute-résolution grâce au LiDAR aéroporté. Mais, la discrimination des morphologies naturelles et anthropiques s’avère indispensable dans ce contexte forestier aux importants héritages historiques (structures archéologiques, extraction des géomatériaux, polémo-paysages). Le traitement des images LiDAR combiné à une approche multi-critères sous SIG a permis la détection de plus de 750 dépressions karstiques réparties le long d’un liseré étroit et discontinu. Sur le front de côte, en amont pendage, il occupe essentiellement des replats structuraux alors que sur le revers, il s’inscrit dans des vallées où les dynamiques d’infiltration (en tête de talweg) et de soutirage (sur les versants) dominent. Cette répartition spatiale s’explique à l’échelle régionale, par le dispositif structural (héritage des conditions paléogéographiques du Thanétien) et par l’épaisseur de la couverture cénozoïque. A l’échelle locale, elle dépend du degré de grésification des calcarénites, du rôle des dynamiques d’écoulement (ordination des réseaux de talweg, gradient hydraulique) et de versant (mouvements de terrain). Elle témoigne également d’une karstogenèse récente (Holocène) mais complexe car étagée et polyphasée. The karstification of the limestone lowlands of eastern France is dominated by green karsts (under forest) and covered karsts or lithostratigraphic contacts karst. The knowledge of the spatial distribution of the exokarst is difficult in private forests. This is the case in the Montagne de Reims, on the forest reverse side of the Ile de France coast, with Cenozoic coverage, which constitutes an area with high heritage issues (Regional Natural Park (PNR), Forêt d'exception®, Biological Reserves, UNESCO inscription), comprising 33% of state and communal forests divided into 66% of private forests. A mission carried out during the winter of 2017-2018 for the ONF and the PNR Montagne de Reims made it possible to create a high-resolution Digital Terrain Model (DTM) using airborne LiDAR. However, the discrimination of natural and anthropic morphologies is essential in this forest context with important historical heritages (archaeological structures, extraction of geomaterials, polemological landscapes). The processing of LiDAR images combined with a multi-criteria approach under GIS allowed the detection of more than 750 karst depressions distributed along a narrow and discontinuous border. On the front of the coast, upstream, it occupies mainly structural flats while on the reverse, it is in valleys where the dynamics of infiltration (at the head of the talweg) and withdrawal (on the slopes) dominate. This spatial distribution can be explained on a regional scale by the structural arrangement (inherited from the Thanetian paleogeographic conditions) and by the thickness of the Cenozoic cover. On a local scale, it depends on the degree of gresification of the calcarenites, the role of flow dynamics (ordering of talweg networks, hydraulic gradient) and slope dynamics (ground movements). It also testifies to a recent karstogenesis (Holocene) but complex because it is layered and polyphase.

International audience; The characterization of CFRP mechanical behavior under dynamic loading is an important topic for research laboratories. Literature reveals disparities in the evolution of shear behavior of CFRP materials under dynamic loading. Due to the lack of normative protocol for dynamic loading, these disparities can come from the geometry of the specimens used, which is generally reduced for dynamic testing. In this paper, the non-linear shear behavior of composite materials is characterized to analyze the effect of reduced geometry on the irreversible shear strain obtained compared to the reference geometry used for the quasi-static [±45°]ns tensile test. This recommendation is a first step in determining the pre-normative geometry of a [±45°]ns CFRP specimen adapted to dynamic loading.; La caractérisation du comportement mécanique CFRP sous chargement dynamique est un sujet important pour les laboratoires de recherche. La littérature révèle des disparités dans l'évolution du comportement de cisaillement des matériaux CFRP sous charge dynamique. En raison de l'absence de protocole normatif pour le chargement dynamique, ces disparités peuvent provenir de la géométrie des échantillons utilisés, ce qui est généralement réduit pour des tests dynamiques. Dans cet article, le comportement de cisaillement non linéaire de matériaux composites est caractérisé pour analyser l'effet de la géométrie réduite sur la souche de cisaillement irréversible obtenue par rapport à la géométrie de référence utilisée pour le test de traction quasi-statique [±45°]. Cette recommandation est une première étape pour déterminer la géométrie pré-normative d'un spécimen CFRP [±45°] adapté au chargement dynamique.

Les morphologies liées aux conflits armés ou « polémoformes »déterminent potentiellement des zones humides sous la forme de mares ou d’étangs sur d’anciens champs de bataille. Ces milieux, fortement modifiés par la pédoturbation, et la bombturbation voire par des contaminations (ETM), constituent pourtant des ilots de biodiversité à forte valeur patrimoniale (Forêt d’exception, Réserves dirigées, ZNIEFF). C’est le cas de la Montagne de Reims, terminaison orientale de la côte d’Ile de France dominant la Champagne et coiffée par la formation des Argiles à meulières.L’objectif de cette contribution est de caractériser les polémoformes de la Montagne de Reims, située en arrière de la 4ème position de défense française durant la Grande Guerre. Cette position trop souvent assimilée à la « ligne des observatoires » est a priori pauvre en polémoformes.A l’hiver 2018, une campagne LiDAR aéroportée menée sur le massif forestier de la Montagne de Reims (Marne - 51) a révélé les traces d’un réseau de positions de batteries pour l’artillerie lourde (ALVF et affuts fixes) construit par l’armée française entre 1916 et 1918. L’utilisation d’une approche pluridisciplinaire à partir d’une analyse historique et géographique a permis de mieux comprendre l’étendue de ce système défensif et d’évaluer son empreinte sur le paysage. En effet, le croisement de documents textuels, de plans et de photographies aériennes anciennes aux données LiDAR, et leur intégration dans un système d’information géographique a permis de mettre en valeur ces vestiges de guerre de manière inédite. Ces derniers se présentent sous la forme d’un réseau ferrée complexe (rampe, voie de desserte, épis de tirs) pour l’artillerie lourde et de nombreuses positions de batterie d’artillerie de gros calibre sur affut fixe. Ces structures d’artillerie forment un géosystème, avec non seulement des observatoires camouflés au sommet de la cote d’ile de France permettant d’observer les réseaux de défense en contrebas dans la plaine de Reims mais aussi d’autres vestiges logistiques (boyaux, tranchées, abris, cantonnement).Une analyse de la rugosité à partir du modèle numérique de terrain, ainsi que des campagnes de prospection pédestre montrent une forte hétérogénéité de la lisibilité morphologique des polémoformes dépendant notamment de la nature géologique des terrains et du contexte géomorphologique mais aussi de la typologie des formes. Les premiers résultats témoignent d’un polyphasage des polémoformes qui représentent des marqueurs morphologiques des deux guerres mondiales et des opérations de déminage post-conflits.Ces résultats sont le fruit d’un partenariat inédit entre l’Université de Reims Champagne-Ardenne, l’Office National des Forêts et le Parc Naturel Régional de la Montagne de Reims.

International audience

Projet de fin d'étude Master 2 (3G); Dans le cadre d’une convention entre le laboratoire du GEGENAA, du parc naturel régional de la Montagne de Reims et de l’Office National des Forêt, le GEGENAA a obtenu les données d’une campagne LiDAR réalisée en 2018. Cette donnée constitue une opportunité de réponse a de nombreuses questions scientifiques en cours. Après des études menées avec succès sur des problématiques archéologiques et de mouvement de terrain, c’est au tour de l’exokarst d’être passé à la loupe. Cela dans le but de comprendre davantage l’impact du karst sur les écoulements des masses d’eaux en Montagne de Reims.La première partie de ce travail présentera la Montagne de Reims sous ses différents aspects géologique, hydrologique, climatique et topographique ce qui permettra de réaffirmer que le potentiel karstique du secteur est supérieur à l’est par rapport à l’ouest.Une seconde partie fera l’état des lieux de la connaissance relative au karst de la Montagne de Reims, au LiDAR et à la détection des formes exokarstiques. Cela permet de comprendre que l’exokarst de la Montagne de Reims est atypique parmi les exokarst non pas pour sa morphologie mais pour son insertion dans un milieu extrêmement complexe car riche en histoire. Cela a pour conséquence la présence de nombreuses autres dépressions comme les entonnoirs de bombe ou les fosses d’extraction de matériau rendant difficile la détection de l’exokarst par des méthodes automatiques. Cette partie permet de définir les critères permettant de détecter les formes susceptibles d’être une forme exokarstique. Pour être retenu, l’objet doit être une dépression, il doit être d’au moins 30 cm par rapport à l’intégralité de son rebord et doit présenter un diamètre d’au moins 3 m de diamètre. Ces critères ont été définis pour des raisons techniques et pour que l’objet détecté soit susceptible d’être observé sur le terrain.La partie suivante présentera l’étude LiDAR réalisée en vue de créer une base de données de l’exokarst de la Montagne de Reims, cela permet de détecter 5300 dépressions classifiées avec notamment 750 dolines. L’inventaire permet finalement d’avoir une vision plus claire du terrain avant de s’y rendre (+52% de dolines par rapport à un inventaire de terrain classique) et permet de réaliser des visites de terrain beaucoup plus complètes (+30% de doline par rapport à l’inventaire LiDAR). L’impact de visites plus complètes est inévitablement une meilleure compréhension des écoulements en amont des phénomènes exokarstiques. Pour comprendre les écoulements en aval des dolines, une étude hydrologique a été réalisé puis comparée à d’autres résultats plus anciens, cela permet de détecter des secteurs susceptibles de contenir des sources karstiques mais surtout de préparer de futures campagnes de mesure qui permettrons de véritablement comprendre cette partie de l’écoulement. Enfin, une dernière partie sur les mouvements de terrain de la Montagne de Reims montre qu’il existe une relation entre exokarst et mouvement de terrain effective sur des petits secteurs (moins de 2000 m²) mais aussi qu’il existe des phénomènes homologues au glissement entretenu par la fosse Martin-Godard ailleurs en Montagne de Reims.; This dissertation presents the impact of karst on the hydrology of the Montagne de Reims. A topographical survey campaign using airborne LiDAR was carried out in 2018 in the Montagne de Reims sector. The precise topographic images of this campaign are used in this dissertation.This work is in three parts.The first part presents the geology, hydrology, climate and topography of the Montagne de Reims. This part shows the potential of the sector to form karst.The second part presents the studies on the karst of the Montagne de Reims, on LiDAR and on the detection of exokarstic forms. The second part shows the specifications of the exokarst of the Montagne de Reims. This allows to choose the parameters useful for the research of the exokarstic forms.The third part presents the study on LiDAR and the database created on exokarst. This inventory is associated with field visits to un-derstand the upstream flows of exokarst phenomena.The fourth part presents hydrological studies, one carried out in 2020 and one carried out in 2009. This part helps to understand the flows downstream of the dolines and the impact of the dolines on this flow.Finally, the last part concerns the movement of the terrain of the Montagne de Reims. This shows another application of the inventory.

International audience; Given the increasing use of composite materials in the transportation industry, several experimental protocols have been proposed to give access to the measurement and the quantification of the matrix cracking mechanisms in composite laminates. Although the reliability of these different protocols applied to different kinds of quasi-static loads is no longer to be proven, these approaches are no longer possible for medium speed loadings. The crack density analysis under various loading levels or the analysis of material degradation under a frozen state of stress are no longer possible at high speed loading. The experimental approach proposed in this study is based on the detection of the cracking mechanisms by infrared thermography in the context of an high speed and monotonous tensile load until failure. Over a wide range of speeds and considering different ply thicknesses, the objective is to evaluate the capability of this method to capture the occurrence of the degradation mechanism. First, the simplicity of this methodology in the direct analysis of crack growth as a function of a stress state is presented. In a second step, the influence of velocity and thickness effects on cracking density is presented.; Suite à l’utilisation accrue des matériaux composites dans l’industrie des transports, de nombreux protocoles expérimentaux ont été proposés afin d’avoir accès à la mesure et à la quantification du mécanisme de fissuration matricielle dans les stratifiés composites. Bien que la robustesse de ces différents protocoles appliqués à différents types de sollicitations quasi-statiques ne soit plus à prouver, ces démarches sont difficilement envisageables dans le cadre d’une sollicitation à hautes ou moyennes vitesses. L’analyse in situ de la densité de fissures suivant de multiples niveaux de chargement ou encore l’analyse ex situ de la dégradation du matériau suivant un état figé de contraintes ne sont plus réalisables lors d’un chargement à hautes vitesses. L’approche expérimentale proposée dans cette étude repose ainsi sur la détection du mécanisme de fissuration par thermographie infrarouge dans le cadre d’une sollicitation de traction à haute vitesse et monotone jusqu’à rupture. Suivant une large gamme de vitesses et en considérant différentes épaisseurs de stratification, l’objectif consiste à évaluer la capacité de cette méthode à capturer l’apparition du mécanisme de dégradation. Dans un premier temps, la simplicité qu’offre cette méthodologie dans l’analyse directe de la croissance de fissures en fonction d’un état de contrainte est présentée. Dans un second temps, l’influence des effets de vitesses et d’épaisseurs sur la densité de fissuration est présentée.

The use of composite material in industry is more and more important especially in the aeronautical field. The use of these materials needs an understanding of their mechanical behavior and in particular the damage mechanisms. Usually the mechanical testing performed on this material is instrumented with different techniques like acoustic emission in order to get the maximum information. Acoustic Emission is very efficient for quasi-static and low frequency fatigue mechanical testing to determine the appearance of the first damage. Nevertheless, when the strain rate is increasing, acquisition of transient signal becomes difficult. In this paper we propose a method based on AE streaming acquisition. This acquisition mode allows us to obtain only one great time sampling without threshold effect. This signal is then “cut” and new genuine features are processed. The use of this method allowed us to study the behavior of epoxy carbon composite specimen during dynamic testing (5 mm/min to 500 mm/min). Two criteria based on the energy have been identified and studied in function the loading rate., L’utilisation de matériau composite dans l’industrie est de plus en plus importante notamment dans le domaine aéronautique. L’utilisation de ces matériaux nécessite une compréhension de leur comportement mécanique et de leur mode d’endommagement. Habituellement les tests mécaniques réalisés sont instrumentés par différentes techniques afin d’en tirer le maximum d’information et notamment l’émission acoustique (EA). Cette technique est très adaptée aux essais mécaniques quasi-statique et de fatigue à faible fréquence pour déterminer l’apparition des premiers endommagements. Cependant lorsque les vitesses de sollicitation augmentent, l’acquisition sous forme de signaux transitoires devient compliquée. La technique proposée dans l’article repose sur la fonction streaming. Cette fonction enregistre un seul intervalle de temps sans tenir compte d’un seuil d’acquisition. Celui-ci est ensuite « redécoupé » et de nouveaux paramètres sont alors calculés. L’utilisation de ce traitement nous a permis d’étudier le comportement d’éprouvette en carbone époxy pour des vitesses de sollicitation allant de 5 mm/min à 500 mm/min. Deux seuils d’endommagement ont été définis et leurs évolutions en fonction des vitesses de sollicitation ont été caractérisés.

International audience; Given the increasing use of composite materials in the transportation industry, several experimentalprotocols have been proposed to give access to the measurement and the quantification of the matrixcracking mechanisms in composite laminates. Although the reliability of these different protocolsapplied to different kinds of quasi-static loads is no longer to be proven, these approaches are no longerpossible for medium speed loadings. The crack density analysis under various loading levels or theanalysis of material degradation under a frozen state of stress are no longer possible at high speedloading. The experimental approach proposed in this study is based on the detection of the crackingmechanisms by infrared thermography in the context of an high speed and monotonous tensile loaduntil failure. Over a wide range of speeds and considering different ply thicknesses, the objective is toevaluate the capability of this method to capture the occurrence of the degradation mechanism. First,the simplicity of this methodology in the direct analysis of crack growth as a function of a stress stateis presented. In a second step, the influence of velocity and thickness effects on cracking density ispresented.; Suite à l’utilisation accrue des matériaux composites dans l’industrie des transports, de nombreuxprotocoles expérimentaux ont été proposés afin d’avoir accès à la mesure et à la quantification dumécanisme de fissuration matricielle dans les stratifiés composites. Bien que la robustesse de cesdifférents protocoles appliqués à différents types de sollicitations quasi-statiques ne soit plus à prouver,ces démarches sont difficilement envisageables dans le cadre d’une sollicitation à hautes ou moyennesvitesses. L’analysein situde la densité de fissures suivant de multiples niveaux de chargement ouencore l’analyseex situde la dégradation du matériau suivant un état figé de contraintes ne sont plusréalisables lors d’un chargement à hautes vitesses. L’approche expérimentale proposée dans cette étuderepose ainsi sur la détection du mécanisme de fissuration par thermographie infrarouge dans le cadred’une sollicitation de traction à haute vitesse et monotone jusqu’à rupture. Suivant une large gammede vitesses et en considérant différentes épaisseurs de stratification, l’objectif consiste à évaluer lacapacité de cette méthode à capturer l’apparition du mécanisme de dégradation. Dans un premiertemps, la simplicité qu’offre cette méthodologie dans l’analyse directe de la croissance de fissures enfonction d’un état de contrainte est présentée. Dans un second temps, l’influence des effets de vitesseset d’épaisseurs sur la densité de fissuration est présentée.

International audience; Given the increasing use of composite materials in the transportation industry, several experimental protocols have been proposed to give access to the measurement and the quantification of the matrix cracking mechanisms in composite laminates. Although the reliability of these different protocols applied to different kinds of quasi-static loads is no longer to be proven, these approaches are no longer possible for medium speed loadings. The crack density analysis under various loading levels or the analysis of material degradation under a frozen state of stress are no longer possible at high speed loading. The experimental approach proposed in this study is based on the detection of the cracking mechanisms by infrared thermography in the context of an high speed and monotonous tensile load until failure. Over a wide range of speeds and considering different ply thicknesses, the objective is to evaluate the capability of this method to capture the occurrence of the degradation mechanism. First, the simplicity of this methodology in the direct analysis of crack growth as a function of a stress state is presented. In a second step, the influence of velocity and thickness effects on cracking density is presented.; Suite à l’utilisation accrue des matériaux composites dans l’industrie des transports, de nombreux protocoles expérimentaux ont été proposés afin d’avoir accès à la mesure et à la quantification du mécanisme de fissuration matricielle dans les stratifiés composites. Bien que la robustesse de ces différents protocoles appliqués à différents types de sollicitations quasi-statiques ne soit plus à prouver, ces démarches sont difficilement envisageables dans le cadre d’une sollicitation à hautes ou moyennes vitesses. L’analyse in situ de la densité de fissures suivant de multiples niveaux de chargement ou encore l’analyse ex situ de la dégradation du matériau suivant un état figé de contraintes ne sont plus réalisables lors d’un chargement à hautes vitesses. L’approche expérimentale proposée dans cette étude repose ainsi sur la détection du mécanisme de fissuration par thermographie infrarouge dans le cadre d’une sollicitation de traction à haute vitesse et monotone jusqu’à rupture. Suivant une large gamme de vitesses et en considérant différentes épaisseurs de stratification, l’objectif consiste à évaluer la capacité de cette méthode à capturer l’apparition du mécanisme de dégradation. Dans un premier temps, la simplicité qu’offre cette méthodologie dans l’analyse directe de la croissance de fissures en fonction d’un état de contrainte est présentée. Dans un second temps, l’influence des effets de vitesses et d’épaisseurs sur la densité de fissuration est présentée.

International audience; More and more structural parts are building using organic matrix composite materials in order to reduce the weight of aircraft structures. In order to reduce the number of tests required at the different scale of the building block approach, an increase of the knowledge regarding strain rate dependency of such materials is still a topic of interest. Particularly most of the strain rate dependent material laws are based on or validated with tests performed on split Hopkinson bars [1,2]. Few results are available in the literature concerning the intermediate strain rate, typically ranging between 10-3 s-1 and 100 s-1. Consequently, this study is first dedicated to the experimental characterisation of the rate effect for this specific range of strain rate. For that purpose, tensile tests have been performed on a servo-hydraulic jack on off-axis specimens. Various off-axis angles have been considered: 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°. The geometry of the coupon for each angle has been defined thanks to a numerical study in order to reduce stress concentration near to the tabs and maximise the stress field homogeneity within the specimens. Three different loading speeds with at least three specimens were tested in order to evaluate discrepancy. A Photron SA-X high speed camera has been used to evaluate strain using a Digital Image Correlation software (Aramis GOM). Moreover, as multiple failure locations are observed for high loading rate tests, high speed imaging allow the localisation of the first failure.These results have been used in order to include rate dependency in an advanced material law initially proposed by ONERA for quasi-static loadings. This model written at the ply scale is based on a visco-elastic behaviour law until a ply failure criterion is reached. A Hashin like failure criterion is used and two failure modes are considered: fibre failure and matrix failure. The degradation of the ply properties is obtained with 2 damage variables: d1 for fibre failure and d2 for matrix failure. Improvements regarding rate dependency of this material law have been studied for its three main aspects: the visco-elastic behaviour, the failure criterion and the damage evolution law. Regarding the visco-elastic behaviour, previous works [3] have shown that a bi-spectral visco-elastic model is required in order to take into account the short relaxation times required to accurately described rate dependency for high strain rate tests and long relaxation times for low strain rate tests. The main drawback of this model is its computational cost due to the important number of viscous mechanisms that have to be considered. As full-scale crash simulation is the targeted application case, a modified version of this model has been proposed. It still has an accurate prediction of the different modulus evolutions with the loading rate but it has a reduce computational cost. Concerning the loading speed dependency of the failure criterion, dynamic off-axis tensile tests will be used as input data to analyse and improve the failure criterion. Finally, improvements of the different damage evolution laws will be based on results available in the literature [4]. Finally, this material law has been implemented in an explicit finite element code in order to validate it on more complex coupons.

International audience; Dans la gamme des vitesses lentes et quasi-statiques, la mesure de la densité de fissuration dans les matériaux composites stratifiés croisés à fait l’objet de nombreuses études. La plupart de ces techniques ont été utilisées dans le cadre de sollicitations cyclées où l’interruption de l’essai permet d’observer et de mesurer les mécanismes de dégradation du matériau au cours du chargement. Dans la gamme des vitesses dynamiques, le recours à de tels protocoles reste toutefois limité à cause de l’asservissement en boucle ouverte des moyens dynamiques. Dans ces travaux, afin de mesurer l’influence sur la cinétique de fissuration de l’augmentation de la vitesse vers des plages dynamiques, une technique de mesure non-intrusive par thermographie infrarouge (IR) est utilisée. Cette approche a notamment pu être utilisée pour mesurer l’évolution du dommage dans les composites soumis à des chargements statiques [1], de fatigues [2] et plus récemment à des chargements aux vitesses dynamiques intermédiaires [3]. Néanmoins, la détection et la quantification par thermographie IR de fissures transverses pour des chargements dynamiques restent encore peu étudiées dans la littérature du fait des limitations liées à la fréquence d’acquisition des caméras IR d’ancienne génération. Ces travaux proposent ainsi d’étendre l’analyse réalisée à basses vitesses dans les travaux de [4] à des vitesses de sollicitations dynamiques, par le biais de l’utilisation d’une caméra IR haute cadence (Telops FAST M3K). L’intérêt de la démarche présentée est double. Suivant un large spectre de vitesses de déformation, l’objectif est d’étudier l’évolution de la densité et de la dissipation calorifique du phénomène de fissuration transverse en fonction de l’augmentation de la vitesse de sollicitation et de l’épaisseur des échantillons. Le matériau de l’étude est un composite stratifié croisé carbone epoxy T700/M21 pour lequel l’influence de l’épaisseur sur la sensibilité à la vitesse est étudiée en faisant varier la séquence d’empilement ([0/90]s, [0/902]s et [0/903]s). L’ensemble des essais est réalisé à l’aide d’un vérin servohydraulique, sur des échantillons d’une longueur utile définie à 40 mm permettant de solliciter le matériau à des vitesses de déformation situées entre = 10-3 s-1et 101 s-1. Afin de minimiser la résolution spatiale et de maximiser la fréquence d’acquisition pour les hautes vitesses, le suivi de l’apparition du phénomène de fissuration transverse est réalisé uniquement suivant la tranche des échantillons testés. L’hypothèse associée à l’instantanéité de la propagation de fissure au travers de l’échantillon a pour cela été vérifiée à l’aide d’une méthode quantitative de suivi de la température suivant la largeur des éprouvettes (Figure 1(a)). Les premières tendances expérimentales préfigurent d’une relative insensibilité à la vitesse de la densité et de la cinétique de fissuration dans la gamme des basses vitesses pour la configuration [0/903]s(Figure 1(b)). Les analyses sont en cours de réalisation concernant les plus hautes vitesses et les différentes stratifications.

International audience; With the increase of the use of composite materials, various experimental methodologies have been proposed to characterise the matrix crack density evolution in cross-ply laminates for quasi-static loadings. These methodologies cannot easily be extended to intermediate or high strain rate loadings as they rely on interrupted tests. In this work, a new approach is considered relying on the use of passive infrared thermography to capture the transverse cracking appearance. The objective of this study is twofold. On one hand confirm that the classically used assumption that the crack propagation is instantaneous from side to side in the specimen remains valid with the loading rate increase. On the other hand, study the influence of the loading rate increase on the crack density evolution with respect to the applied load.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; De nos jours, les matériaux composites sont largement utilisés dans le domaine du transport, et plus particulièrement dans le domaine de l'aéronautique. Un des enjeux de l'aéronautique est de garantir la sécurité. Pour cela, il est important de comprendre afin de pouvoir modéliser le comportement des matériaux utilisés sur l'ensemble des conditions rencontrées au cours de la durée de vie de l'avion. Ces conditions comprennent une large gamme de vitesse, de la quasi-statique à la dynamique, et une large gamme de température de -50°C à 50°C. Les matériaux étudiés dans ces travaux sont les composites à matrice organique (CMO). Ces matériaux sont connus pour avoir un comportement en cisaillement plan dépendant de la vitesse de déformation et de la température. Ce comportement peut être scindé en deux parties : un premier comportement linéaire et un second comportement non linéaire. Dans des travaux réalisés par Berthe, le comportement linéaire élastique en cisaillement du T700/M21 ainsi que sa dépendance à la vitesse de déformation et à la température ont été étudiés et un modèle spectral a été proposé pour décrire l'évolution de ce comportement. Lors des travaux réalisés en 2016, une méthode d'évaluation de la transition entre le comportement linéaire et le comportement non linéaire basée sur l'étude des données expérimentales a été proposée. Cette méthode, basée sur la quantification d'un écart à la linéarité, permet d'obtenir une valeur de contrainte et une valeur de déformation caractérisant la transition entre le comportement linéaire et le comportement non linéaire du matériau. Cette limite a été par la suite assimilée à une limite élastique du comportement macroscopique. L'influence de la vitesse de déformation et de la température sur cette limite a également été étudiée. Un modèle prenant en compte l'influence de la vitesse et de la température sur cette limite a été proposé. Ce modèle s'est inspiré de deux modèles de la littérature : le modèle de Gerlach qui permet de prendre en compte l'effet de la vitesse de déformation, et le modèle de Richeton qui permet de prendre en compte les effets de température, sur la limite élastique. Dès lors que cette limite élastique est établie, il devient possible de s'intéresser à la loi d'évolution du comportement non linéaire du matériau étudié ainsi qu'à l'influence de la vitesse de déformation et de la température sur celle-ci. C'est l'objet des travaux présentés. Pour cela, une campagne d'essais de charge/décharge en quasi-statique sur le T700/M21 a été réalisée sur des éprouvettes rectangulaire [+/-45°]s pour trois vitesses de déformation allant de 10-5 s-1 à 10-3 s-1. Pour étudier l'évolution du comportement non linéaire, des paliers de charge/décharge incrémentaux de 200N ont été appliqués sur l'éprouvette jusqu'à rupture de celle-ci. Sur chaque face de l'éprouvette une jauge de déformation a été collée, l'une dans la direction transverse et l'autre longitudinale. A partir de ces essais, il est proposé de quantifier l'évolution du comportement non linéaire de façon usuelle au travers d'un modèle décrivant l'abattement du module de cisaillement, et d'un deuxième critère correspondant à la déformation résiduelle à chaque fin de cycle. D'après les premiers résultats obtenus pour cette gamme de vitesses, l'abattement du module en fonction de la charge appliquée ne semble pas dépendre de la vitesse. La déformation résiduelle semble quant à elle l'être. Au terme de ces essais, un modèle permettant de décrire le comportement non linéaire du matériau sera proposé puis adapté afin de considérer des vitesses allant de la quasi-statique à la dynamique, et une large gamme de température.

International audience

The life prediction of structures is a strategic research area that involves multidisciplinary approaches covering multiple size scales - from the nanometer to the meter- and thus involves a great range of physical phenomena. For instance, the lifetime of a gas turbine disk or of the blade of an aircraft engine is dependent not only on the geometry and the applied structural loads, but also on the physical phenomena that control the local constitutive material behavior. This strong coupling is responsible for the evolution of the initial material microstructure and, as a result, influences the overall structural behavior. This issue of the Aerospace Lab Journal deals with research activities around the microstructure - constitutive behavior - structural lifetime links. It contains contributions on (i) dislocation dynamics and crystal plasticity to describe the evolution of plastic deformation at the lower scales (e.g., that of grains), (ii) the explicit modeling of microstructures such as polycrystalline aggregates, to study the material evolution under complex loading conditions (time, stress, environment and temperature), (iii) the prediction of the macroscopic constitutive material behavior based on the previous local approaches, (iv) the study of crack initiation and crack propagation phenomena under multiaxial loads and, finally, (v) the modeling of the behavior of actual structures subjected to dynamic loads., AerospaceLab Journal, Issue 9, June 2015; ISSN: 2107-6596

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Ces travaux portent sur la caractérisation et la modélisation de la dépendance à la vitesse et à la température du comportement des matériaux composites à matrice organique. Une vaste campagne de caractérisation de ces dépendances pour le stratifié T70GC/M21 a été menée, avec des essais dynamiques à différentes températures et des essais DMA sur la résine M21 seule. Ces différents essais mettent en évidence une forte dépendance à la vitesse et à la température, avec de plus un effet cumulé d'une baisse de la température et d'une augmentation de la vitesse. Les essais DMA mettent en évidence une dépendance sous la forme d'une loi d'Arrhénius des mécanismes visqueux à basse température. Un modèlé visco-élastique avec une dépendance à la température sous la forme d'une loi de type Arrhénius est donc proposé, identifié et validé. Le modèle ainsi obtenu est représentatif du comportement du stratifié sur une large gamme de vitesses et de températures.

Organic matrix composite materials are more and more used in the transportation industry to design strutural components. In order to reach an optimal design, improvements in the understanding and the modelling of the behaviour of these materials under various strain rates and temperatures conditions are required.Therefore, a campaign of various mechanical tests has been performed on the T700GC/M21 organic matrix composite laminate in this work. On one hand, dynamic tests have been performed using hydraulic jacks, as well as creep tests, to characterise the material strain rate dependency. On the other hand, low temperatures and DMA tests have been performed to exhibit the temperature effect.Experimental results have been used to physically justify a bi-spectral visco-elactic model which describes the strain rate dependency of T700GC/M21 on a large range of strain rates. Introducing an Arrhenius like law for the viscous mechanisms, the temperature dependency has also been taken into account. The obtained thermo-visco-elastic model finally describes the behaviour of the T700GC/M21 laminate on a large range of strain rates and temperatures; Les matériaux composites à matrice organique sont de plus en plus utilisés par l'industrie des transports pour la réalisation d'éléments structuraux. Afin de permettre un dimensionnement optimal de ces structures, il est nécessaire d'améliorer la compréhension et la modélisation du comportement de ces matériaux sur une large gamme de vitesses de sollicitation et de températures d'environnement. Pour cela, plusieurs campagnes expérimentales ont été réalisées sur le T700GC/M21, un composite stratifié à matrice organique, dans le cadre de ces travaux. Tout d'abord, des essais dynamiques sur un vérin hydraulique, ainsi que des essais de fluage, ont été menés afin de caractériser la dépendance à la vitesse du comportement de ce matériau. Ensuite, la dépendance à la température a été mise en évidence à l'aide d'essais à basse température sur vérin hydraulique, complétés d'essais DMA.Les résultats de ces essais ont été utilisés afin de justifier physiquement le développement d'un modèle visco-élastique bi-spectral pour la description de la dépendance à la vitesse du T700GC/M21 sur une large gamme de vitesses de déformation. L'influence de la température d'environnement sur le comportement a quant à elle été introduite à l'aide d'une loi d'Arrhénius. Ce modèle thermo-visco-élastique permet finalement de rendre compte du comportement du stratifié T700GC/M21 sur une large gamme de vitesses et de températures

Organic matrix composite materials are more and more used in the transportation industry to design strutural components. In order to reach an optimal design, improvements in the understanding and the modelling of the behaviour of these materials under various strain rates and temperatures conditions are required.Therefore, a campaign of various mechanical tests has been performed on the T700GC/M21 organic matrix composite laminate in this work. On one hand, dynamic tests have been performed using hydraulic jacks, as well as creep tests, to characterise the material strain rate dependency. On the other hand, low temperatures and DMA tests have been performed to exhibit the temperature effect.Experimental results have been used to physically justify a bi-spectral visco-elactic model which describes the strain rate dependency of T700GC/M21 on a large range of strain rates. Introducing an Arrhenius like law for the viscous mechanisms, the temperature dependency has also been taken into account. The obtained thermo-visco-elastic model finally describes the behaviour of the T700GC/M21 laminate on a large range of strain rates and temperatures; Les matériaux composites à matrice organique sont de plus en plus utilisés par l'industrie des transports pour la réalisation d'éléments structuraux. Afin de permettre un dimensionnement optimal de ces structures, il est nécessaire d'améliorer la compréhension et la modélisation du comportement de ces matériaux sur une large gamme de vitesses de sollicitation et de températures d'environnement. Pour cela, plusieurs campagnes expérimentales ont été réalisées sur le T700GC/M21, un composite stratifié à matrice organique, dans le cadre de ces travaux. Tout d'abord, des essais dynamiques sur un vérin hydraulique, ainsi que des essais de fluage, ont été menés afin de caractériser la dépendance à la vitesse du comportement de ce matériau. Ensuite, la dépendance à la température a été mise en évidence à l'aide d'essais à basse température sur vérin hydraulique, complétés d'essais DMA.Les résultats de ces essais ont été utilisés afin de justifier physiquement le développement d'un modèle visco-élastique bi-spectral pour la description de la dépendance à la vitesse du T700GC/M21 sur une large gamme de vitesses de déformation. L'influence de la température d'environnement sur le comportement a quant à elle été introduite à l'aide d'une loi d'Arrhénius. Ce modèle thermo-visco-élastique permet finalement de rendre compte du comportement du stratifié T700GC/M21 sur une large gamme de vitesses et de températures

International audience; Rate-dependent models require creep or mechanical tests at various strain rates in order to be identified and validated. Different geometries coexist for creep and static tests (normative geometry) and for dynamic tests. Therefore, due to geometrical sample considerations, experimental results could be inconsistent for identification or validation procedures, inducing, for example, differences on the shear modulus only due to the change of geometry. The objective of this work is to present an improved sample geometry that allows to obtain consistent mechanical tests results at various strain rates highlighting the rate dependencies of laminates. In particular, a complete mechanical validation of the sample geometry for dynamic tests is successfully performed in order to avoid inconsistency. Results of static and dynamic tests on the validated geometry are analysed, and the rate dependency of the elastic properties of the UD T700GC/M21 mesoscopic ply is highlighted on a wide strain rate range (10−3 to 102 s−1). Finally, the identification of a non-linear viscoelastic model is performed on dynamic and creep tests results in order to obtain a representative model for dynamic, static and creep loadings, and to demonstrate the importance of introducing the improved geometry for the dynamic tests.