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Caractérisation dynamique des matériaux et réduction des nuisances vibroacoustiques : l’apport des vibrations. Partie 1
Documents de référence - Normes :
ISO 6721 Determination of dynamic mechanical properties
Part 8: longitudinal and shear vibration – wave propaga-
tion method.
Synthèse
Ce chapitre nous a permis de passer en revue les princi-
pales techniques de caractérisation des matériaux : les
méthodes quasi-statiques, les méthodes vibratoires et les
méthodes propagatives. L’échelle des fréquences couvre
plus de 16 décades, figure 28. Il est illusoire de trouver
une technique expérimentale qui couvre un tel domaine,
chaque méthode recouvre 3 à 4 décades au maximum,
sauf pour les vibrations forcées qui peuvent être utilisées
jusqu’à 10
-4
voire 10
-5
Hz, fréquences qui demandent une
grande patience et nécessitent que l’on s’assure de la
stabilité de l’environnement sur plusieurs périodes, soit
plusieurs fois 28h pour une fréquence de 10
-5
Hz !
D’autre part, les principes mis en œuvre ne sont pas équi-
valents, pour les uns il s’agit de générateurs d’efforts et
pour les autres de générateurs de déplacement. Tout ceci
n’est pas très grave tant que nous avons affaire à des
comportements linéaires, ce qui n’est pas le cas le plus
répandu dans la nature. Dans les conditions de linéarité, le
principe de superposition temps-température vient à notre
secours comme nous l’avons vu au chapitre 2-4.
A titre d’exemple un caoutchouc standard chargé de noir
de carbone ou de silice présente un comportement non
linéaire dès un taux de déformation dynamique de l’ordre
de 10
-3
, voire dans certains cas 10
-4
!
Notons que l’AMD est parmi les techniques de caractéri-
sation présenté ci-dessus, la technique la plus répandue
depuis une vingtaine d’années, compte tenu de la précision
des mesures et de sa grande flexibilité (du fluide au solide
en laissant à l’utilisateur le choix du porte échantillon).
Fig. 28 : Les méthodes de caractérisation dynamiques – synthèse
La figure 28, synthétise l’ensemble des informations rela-
tives à la caractérisation dynamique et peut être un guide
pour cibler la méthode de caractérisation la mieux adap-
tée au problème à traiter.
Un dernier point mérite notre at tention : Toutes les
méthodes sont-elles équivalentes d’un point de vue
de la précision des résultats ?
Nous ne rentrerons pas totalement dans ce débat qui
mériterait un article à lui seul. Toutefois, nous pouvons
donner quelques ordres de grandeur du point de vue de
la métrologie. Tout d’abord, aujourd’hui tous les instru-
ments sont numériques et les informations analogiques
issues des capteurs sont numérisées par des cartes
d’acquisitions. Le marché nous propose des cartes
12bits, 16bits voire plus. Les erreurs de numérisation
qui en découlent sont très faibles aussi bien pour les
mesures d’amplitudes que de phase entre signaux.
Notons qu’il est courant de retrouver ces précisions
sur les plaquet tes des principaux acteurs du marché
de l ’instrumentation dynamique. Par contre, il y a des
paramètres de la chaîne en aval de la carte d’acqui -
sition de mesure qui sont plus sensibles. En général
un instrument de caractérisation dynamique possède
deux voies de mesure, par exemple une mesure d’ef-
fort et une mesure de déplacement. Les capteurs et
les conditionneurs ne sont pas parfaits. Ils présen-
tent une sensibilité que l ’on exprime en volt par unité
physique. Les étalonnages des voies de mesures sont
réalisés en général à partir d’étalons secondaires qui
permettent d’atteindre des précisions de l ’ordre de 1%
à 2% au mieux. Deux voies de mesure égale 2% à 4%
de précision. Il est possible d’améliorer ces valeurs
en se référant à des étalons de raideur.
En ce qui concerne la phase, i l faut compter avec les
déphasages des condi t ionneurs. Pour pal l ier cet te
di f f iculté, quelques fabricants proposent un tarage
électronique qui permet de soustraire les déphasages
électroniques des mesures de phase pour remon-
ter à une phase mécanique vraie. Une précision de
la fract ion de degré est alors courante. Nous ne
sommes pas encore au bout de nos peines ; en ef fet
nous avons montré au chapi tre 2-4 que le rappor t
force sur déplacement donne la raideur de l ’échan-
ti l lon en N/m. Mais nous savons aussi que la raideur
n’est pas une grandeur intrinsèque (el le dépend des
dimensions) . Remonter à un module nécessi te de
prendre en compte la géométrie de l ’échant i l lon.
Les dimensions doivent donc être mesurées préci -
sément et l ’incer t i tude géométrique sera d’autant
plus faible que la tai l le de l ’échanti l lon sera grande.
I l reste un dernier paramètre, la température. Nous
avons vu que cet te dernière est la plus inf luente en
particul ier dans la zone de transition des polymères.
L’instrumentiste doit donc porter une at tention toute
particul ière à la classe des sondes de température,
au type de condi t ionneur et aux gradients thermi -
ques dans les fours.
Cet inventaire n’a pas pour but de perturber le lecteur,
mais de montrer le grand nombre de paramètres qu’il
est nécessaire de maî triser pour réaliser des mesu-
res reproductibles et fiables. Les principaux construc-