Développement d’une méthode de corrélation d’images numériques en deux dimensions (2D-DIC) pour la mesure de champs de déformation à chaud applicable à la mise en forme d’alliage de titane

To predict final shape of aerospace parts manufactured by hot forming processes, numerical models by finite elements are usually suggested. To validate these numerical models, it is necessary to develop a reliable full-field measurement method applied for the cooling phase of the part, from 750°C to 25°C. Among kinematic measurement methods, the Digital Image Correlation (DIC) can satisfy this requirement. Nevertheless, the DIC method at high temperatures needs to be improved because of three main problems: i) the speckle resistance, ii) the loss of image contrast and iii) the mirage effect. The study aims to improve the Two-Dimension Digital Image Correlation (2D-DIC) method by dealing with these three problems. First, a speckle fabrication method that can resist high temperatures and high strain is developed. The speckle pattern is repeatable, and its size, distance and density are controlled thanks to a computer-generated speckle pattern. Therefore, the spatial strain resolution is improved. Secondly, the 2D-DIC system is improved for a mechanical test in a limited space (in a closing furnace). Thirdly, correction methods to reduce the influence of mirage effects on strain measurements using the 2D-DIC method is suggested. Results obtained from three studies are then used to measure "small" strain of experimental tests at high temperatures. The Young’s modulus and the Thermal Expansion Coefficient (TEC) of the material are identified from improved 2D-DIC method for temperatures up to 700°C. After corrections, the Young’s modulus and the TEC of the TA6V material are close to reference values found in literature. The coefficient R2 from the linear regression method to determine the Young’s modulus from tensile test at 600 °C increases from 0.783 to 0.989. In conclusion, results show a great potential of using the improved-2D-DIC method for full-field kinematic measurements of mechanical tests at high temperatures. The perspective of this study is to measure thermo-mechanical strain fields on an industrial piece during the cooling phase using the improved-2D-DIC method.Afin de prédire la forme finale des pièces pour les structures aéronautiques après mise en forme à chaud et refroidissement, des modèles de simulations numériques par éléments finis sont utilisés. Pour une validation des champs de déformation obtenus par des modèles de calcul au cours du refroidissement des pièces, il est nécessaire de comparer les résultats calculés à ceux mesurés. Ceci nécessite l'utilisation d'une méthode de mesure fidèle et précise de la cinématique au cours du refroidissement, i.e., lors du passage d’une température de 750°C à 25°C. Parmi les méthodes de mesure de champs, la méthode de corrélation d’images numériques (DIC) peut répondre à cette demande. Cependant, cette méthode nécessite d’être améliorée à hautes températures car elle est moins fiable à cause de trois problématiques : (i) la tenue du mouchetis, (ii) la perte de contraste et (iii) l’effet mirage. L’objectif principal de cette thèse est donc d’améliorer la mesure de champs cinématiques à hautes températures, entre 400°C et 700°C, en utilisant la méthode de corrélation d’images en deux dimensions (2D-DIC), par la levée des trois verrous scientifiques précédemment cités. Premièrement, une méthode de fabrication de mouchetis résistant à hautes températures et à des grandes déformations est développée. Grâce à la génération numérique de mouchetis, ceux-ci sont répétables et leur taille, distance et densité sont contrôlées. La résolution spatiale est donc améliorée. Deuxièmement, la mise en place de système 2D-DIC est optimisée pour les tests mécaniques dans un espace réduit, comme un four fermé. Cette optimisation permet une amélioration notable du contraste de l'image. Troisièmement, des méthodes de correction pour réduire l’erreur de mesure de déformation causée par l’effet mirage sont suggérées. Une application de cette approche est réalisée dans le cadre de la mesure du module de Young et du coefficient de dilatation thermique d'un alliage TA6V jusqu'à 700°C. Après l’application des éléments correctifs proposés aux mesures, les valeurs de module de Young et de coefficient de dilation sont réalisés et les valeurs obtenues sont proches de celles de références présentes dans la littérature. Le coefficient de corrélation linéaire R² de la courbe liant la déformation à la contrainte obtenue lors de l’essai de traction passe, à 600 °C par exemple, de 0,783 à 0,989. Pour conclure, les résultats obtenus dans cette thèse montrent que la méthode 2D-DIC avec les corrections proposées peut être envisagée pour mesurer de manière fiable des champs de déformation lors de tests mécaniques à chaud. Le passage à des mesures sur pièces mise en forme reste à réaliser