Caractérisation de l'anisotropie induite par le chargement d'un matériau agrégataire

Gaëtane Plassart (1, 2) , Didier Picart (1) , Michel Gratton (2) , Arnaud Frachon (2) , Michael Caliez (2)

1 CEA - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
2 MMP - Mécanique des Matériaux et Procédés

Les outils numériques modernes nous offrent la possibilité de simuler les conditions de vie d'une structure pyrotechnique, mais cela nécessite d'établir au préalable une loi de comportement de la composition explosive. La complexité de ce travail va de pair avec la complexité du comportement mécanique du matériau étudié. Le matériau étudié ici est un explosif composé de grains de TATB (TriAminoTrinitroBenzène) agglomérés avec un faible pourcentage de liant. Un procédé de compression isostatique à haute température permet d'éliminer pratiquement toute porosité résiduelle. Il en résulte un matériau agrégataire quasi-fragile avec une structure polycristalline dont la taille caractéristique est de l'ordre de 50 µm. Les cristaux de TATB sont fortement anisotropes mais du fait de leur orientation aléatoire, le matériau est initialement isotrope à l'échelle macroscopique. Une campagne expérimentale de compressions simples a mis en évidence l'anisotropie induite par le chargement. D'après la littérature, il existe deux causes probables à cette anisotropie. La première est un endommagement se développant dans des directions privilégiées. On peut citer les travaux de thèse de Gotuwka en 1999 [1][2] sur les bétons ou l'étude d'un autre matériau énergétique agrégataire menée par Benelfellah [3][4] en 2013. La seconde cause possible de l'anisotropie induite est une plasticité à écrouissage cinématique, mise en évidence pour du sable d'Hostun par Cambou et Lanier en 1988 [5]. Afin de caractériser l'origine de l'anisotropie induite par le chargement de notre matériau, nous avons réalisé quatre campagnes expérimentales inspirées de ces auteurs : des compressions monotones sous différentes pressions de confinement, des compressions cyclées, des chargements alternés (traction/compression et compression/traction) ainsi que des compressions d'échantillons fortement pré-sollicités. Ces essais nous ont permis d'écarter la théorie d'un endommagement anisotrope au profit d'un écoulement plastique à écrouissage cinématique.

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]; Mécanique des solides [physics.class-ph]

Gaëtane Plassart, Didier Picart, Michel Gratton, Arnaud Frachon, Michael Caliez. Caractérisation de l'anisotropie induite par le chargement d'un matériau agrégataire. 24ème Congrès Français de Mécanique, Aug 2019, Brest, France. ⟨hal-02268501⟩