CFM 2019

Comportement dynamique de la glace polycristalline
David Georges  1@  , Maurine Montagnat  2@  , Pascal Forquin  3@  , Dominique Saletti  4@  
1 : 3SR-IGE
UGA-CNRS
2 : Institut des Géosciences de l'Environnement  (IGE)  -  Site web
Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology, Institut national des sciences de l\'Univers, Centre National de la Recherche Scientifique : UMR5001, Université Grenoble Alpes, Institut national des sciences de l\'Univers, Institut national des sciences de l\'Univers, Institut national des sciences de l\'Univers, Institut national des sciences de l\'Univers, Institut national des sciences de l\'Univers, Institut national des sciences de l\'Univers, Institut national des sciences de l\'Univers
UGA - IGECS 4070038 058 Grenoble Cedex 9 -  France
3 : Sols, Solides, Structures-Risques  (3SR)  -  Site web
Université Grenoble Alpes
BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9 -  France
4 : Sols, Solides, Structures-Risques  (3SR)  -  Site web
Université Joseph Fourier - Grenoble I
BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9 -  France

Le comportement de la glace polycristalline sous chargement quasi-statique ou encore en fluage est relativement bien connu depuis plusieurs décennies. Toutefois à hautes vitesses de chargement les études existantes se font beaucoup plus rares en raison de condions expérimentales difficiles à satisfaire et de résultats délicats à interpréter. Pourtant ces conditions de chargement se rencontre frequemment, notamment lors d'impacts de grêle ou de glace agglomérée (givre) sur des structures aéronautiques. Une meilleure compréhension du comportement de la glace à hautes vitesses de sollicitation est donc souhaitable afin de concevoir des structures plus efficaces et résistantes à ces types de chargement. Une approche possible serait de reproduire en laboratoire la microstructure d'un grêlon mais cela représente un important défi technique, et surtout aucune microstructure type ne ressort de la littérature et se poserait ainsi la question de la reproductibilité. Une autre solution est donc d'aborder le problème de manière plus fondamentale et d'étudier préférentiellement de la glace artificielle où il est possible de controller la microstructure. Il s'agit alors de s'interroger sur les paramètres microstructuraux influençant les mécanismes d'endommagement et le comportement dynamique macroscopique de la glace. Partant de là, il est raisonnable dans un premier temps de se focaliser sur l'influence de la porosité et de la distribution de taille de pores. En effet dans les matériaux fragiles, sous un chargement donné, l'activation de défauts critiques présent dans la microstructure va piloter les processus de fragmentation.

 

Dans cette optique des protocoles de croissance de glace artificielle ont été établis afin de produire deux microstructures différentes, soit de la glace faiblement et hautement poreuse. Nous présenterons dans cette étude les résultats préliminaires d'essais d'écaillage hautement instrumentés sur ces deux microstructures, où les effets de la vitesse de déformation sont également analysés. Ces essais ont été l'occasion de produire le premier jeu de donné reproductible de la résistance en traction de la glace soumise à un chargement de traction dynamique. Car la réponse de la glace sous une forte pression de confinement est un autre point clef dans la compréhension des premiers instants de la fragmentation durant un impact ,des résultats d'essais quasi-oedométrique sur barres d'Hopkinson seront également abordés.

 

En parrallèle à ces essais mécaniques une analyse précise de la porosité des deux microstrucutres a été réalisée via des analyses de micro-tomographie aux rayons X. Une nouvelle méthode d'identifaction des paramètres de Weibull utilisant ces données sera discutée à l'aide de résultats de flexion 3 points quasi-statique.

 

Enfin nous montrerons les résultats d'une première approche de modélisation numérique d'essais d'impacts de glace avec le modèle de fragmentation anisotrope DFH (Denoual-Forquin-Hild) où l'ensemble des paramètres issus des analyses prédemment citées sont utilisés en tant que paramètres d'entrée. Les résultats de cette modélisation seront comparés à des essais d'impacts expérimentaux.


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