COLLAGE, physique

2.   La résistance des collages : l'énergie de fracture

Pour étudier un phénomène, il faut pouvoir le mesurer. Un paramètre couramment mesuré est la « résistance à la rupture », σ_R, d'un assemblage collé. Or cette valeur dépend de la configuration de l'assemblage et du mode de sollicitation. Le paramètre physique est l'« énergie de fracture », énergie qu'il faut fournir pour former une unité de surface de fracture. Elle est notée G, en hommage au physicien américain Josiah W. Gibbs. Elle est exprimée en J.m^—2 (qui a la même dimension que N.m^—1 ce qui permet de se représenter sa valeur : 100 J.m^—2 signifie qu'un collage de un mètre de large supporte une force de 100 N). L'énergie de fracture se mesure principalement par pelage ou clivage (voir plus loin). Par exemple, les entreprises aéronautiques exigent désormais des colles ayant une valeur G >1 000 J.m^—2.

•  Mesure de la résistance à la rupture : l'essai de cisaillement

Deux plaquettes rectangulaires sont collées en recouvrement et l'on tire sur chacune d'elles pour mesurer la force, F, nécessaire à provoquer la rupture. L'usage est de la rapporter à la surface collée (S) et de donner la valeur σ_R = F/S (alors que la résistance à la rupture n'est pas proportionnelle à la surface !). C'est une configuration de mesure mal adaptée, elle n'est pas reproductible. Même dans la procédure normalisée, il y a de grands écarts entre les résultats des mesures (par exemple, 104 collages d'acier inoxydable avec une même époxy-amine ont donné des valeurs de σ_R comprises entre 15 et 50 MPa avec un pic à 30 MPa, qui sera la valeur indiquée par les praticiens et les spécifications commerciales). En plus, elle ne correspond pas à la résistance réelle du collage, qui cède sous une charge beaucoup plus faible, et ne rend pas compte de la dégradation du joint en présence d'un environnement agressif ou de l'humidité. Au mieux permet-elle de fixer les idées.