Dans le but d'assurer leur compétitivité future, les acteurs de l'industries spatiales explorent plusieurs solutions permettant de réduire la masse et le coût de leurs véhicules spatiaux. Le développement de réservoirs d'ergols liquides en composite sans liner est l'un des principaux axes de recherche. Afin de proposer des solutions répondant à la fois aux critères fonctionnels de résistance et de taux de fuite, il est nécessaire d'étudier la relation endommagement-perméabilité pour dimensionner ces réservoirs. Suivant le fluide stocké, les matériaux peuvent subir des chargements thermomécaniques importants. Or les composites stratifiés ont tendances à s'endommager même pour de faibles chargements vis à vis de la rupture. C'est pourquoi, l'étude des mécanismes d'endommagement et des cinétiques de fissuration sur la plage de température de l'application industrielle est indispensable. Il a été montré que l'épaisseur des plis joue un rôle important dans l'initiation et le développement de cette fissuration. Le développement de la technologie des plis fins est donc une piste de recherche pour repousser l'initiation de la fissuration et par conséquent l'apparition des points de fuite. Cependant, la quantité d'informations requises pour identifier un modèle prédictif à l'échelle mésoscopique et la complexité du protocole expérimental utilisé pour observer les réseaux de fissures incite au développement des essais virtuels. Cet article propose une méthode expérimentale combinée à une modélisation discrète permettant de caractériser la fissuration transverse dans un composite stratifié à basses températures.

Le matériau étudié est un composite stratifié à fibre de carbone et matrice époxy. Les éprouvettes de dimensions 150x25mm (longueur x largeur) sont issues de plaques fabriquées par placement de fibres automatisé (AFP pour Automated Fiber Placement). Nous étudions deux stratifications croisées, la première de grammage intermédiaire (150g/m²) [0/90/0/900.5]s (7 plis) et la seconde [0/90/0/90/0/90/00.5]s (13 plis) réalisée en grammage fin (75g/m²). Les essais sont réalisés à trois températures (20°C, -80°C et -130°C) dans une enceinte thermique. Cette dernière est pilotée via des thermocouples type T placés sur la zone utile de l'éprouvette. La sollicitation mécanique est assurée par une machine de traction de capacité 100kN. Le chargement est piloté en déformation et l'observation des fissures est réalisée à l'aide d'un microscope optique à température ambiante pour plusieurs paliers de déformation. La tranche des éprouvettes est préalablement polie pour permettre les observations microscopiques. A chaque palier, le nombre de fissures transverses est mesuré sur une longueur de 80mm. Cela permet de tracer le taux de fissures en fonction de la déformation maximale appliquée au stratifié. En parallèle, nous avons développé un modèle numérique constitué d'éléments cohésifs d'épaisseur nulle qui simule la fissuration transverse dans un stratifié. Ce modèle nous permet de valider et compléter les observations expérimentales.

Le protocole expérimental et la modélisation discrète confirment que les plis fins permettent de repousser le seuil de fissuration et globalement, de diminuer le taux de fissures transverses au cours du chargement. Aussi, la diminution de la température favorise l'apparition de fissures transverses à des niveaux de déformations inférieurs à ceux observés à température ambiante. La cinétique de fissuration semble plus rapide à basse température. Enfin, il a été observé que la diminution de la température couplée à la technologie des plis fins tendent à réduire l'écart entre le seuil de fissuration et la rupture du stratifié. Grâce à une étude de sensibilité, les essais virtuels permettent de faire la distinction entre le rôle de dilation thermique et celui de l'évolution du comportement matriciel en fonction de la température.