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Centre d'Essais (CE)

Le Centre d'Essais (CE) est un service rattaché à la direction du Laboratoire. Il regroupe les moyens d'essais et les compétences associées mis en commun pour les recherches à caractère expérimental du Laboratoire. Le personnel technique est composé d'ingénieurs, d'assistants ingénieurs et de techniciens. Il assure le fonctionnement et la maintenance des équipements.
Le Centre d'Essais s'étend sur une superficie d'environ 1500 m2. Il dispose d'un important parc d'équipements de caractérisation mécanique, physique et chimique sur des matériaux et des structures de dimension millimétrique à métrique.

Les moyens du centres d'essais

Plateforme d'essais sur structure

Essai flexion sur poutre en béton
Le LMT est équipé d'une plateforme modulaire.
Le cadre d'utilisation de cette plate-forme est la réalisation d'essais mécaniques sur éléments de structures sous chargements multiaxiaux de type quasi-statique ou dynamique.
Elle permet de solliciter de façon représentative la partie critique d'une structure donnée.
La plateforme permet de tester, sous des sollicitations complexes des structures de formes et de rigidités diverses et d'intégrer les moyens de simulation de l'environnement (bacs, enceinte...) et des méthodes de mesures variées.







Plateforme d'analyse X


La plateforme est constituée de deux équipements de caractérisation par rayonnement X. Chacun de ces équipements est situé dans une salle spécifique répondant au besoin de l'installation. Cette plateforme répond à des besoins communs du laboratoire à savoir l'analyse de phase et de contraintes ainsi que la caractérisation en volume d'échantillons divers, à travers des manipulations classiques mais également sous sollicitations mécaniques, thermiques et magnétiques.
Tomographe


Elle est composé de :
a. Diffractomètre à Rayons X
b. Tomographe NSI-X-View X50-CT
c. Diffraction des rayons X de table (LMT/ SATIE)
d. Microscope Electronique à Balayage (LMT / IdA)




Plateforme de 3e génération


L'ensemble des équipements acquis constitue une plateforme unique, offrant sur trois sites (LMT, LMSPolytechnique Palaiseau et CdM-Mines Evry) des moyens d'investigation différents mais complémentaires, recouvrant l'essentiel des besoins présents et prévisibles à moyen terme.
Les systèmes de sollicitations mécaniques et de pilotage suivants ont été acquis :
- 2 vérins hydrauliques avec leur système de pilotage des servovalves ainsi que les capteurs de déplacement et d'effort à monter sur la plateforme d'essais sur structure du LMT. Un superviseur d'essais multivoies est utilisé pour avoir un système de pilotage modulaire permettant le contrôle de 1 à 4 vérins simultanément.
- Système de pilotage numérique de la machine multiaxiale ASTRÉE (6 voies), moyen unique en Ile de France (et en France), afin de pouvoir conduire des essais complexes représentatifs des conditions d'usage.
- Système de pilotage d'un hexapode (6 voies), moyen unique en Ile de France (et en France), afin de pouvoir conduire des essais complémentaires des précédents.
- Un banc d'essai multiaxial dynamique a été conçu pour ce qui concerne le premier axe.
- Machine d'essai biaxiale en microscopie électronique à balayage : mini-ASTREE.

Machine biaxiale Mini-Astree

Les moyens de caractérisation in situ et de mesures suivants ont été acquis :
- Deux caméras rapides ont permis de compléter le système d'observation rapide pour pouvoir analyser des géométries d'objets plus complexes lors de sollicitations rapides, notamment avec des barres de Hopkinson.
- Un ensemble de caméras pour observations à des vitesses lentes et intermédiaires ont été achetées.
- Un ensemble d'objectifs télécentriques a également été acquis.
- Afin de compléter les mesures au microscope électronique à balayage, une sonde couplée EBSD / EDS a été acquise pour une analyse robuste de textures et de phases.
- Diffractomètre RX couplé à des systèmes de chargement mécanique complexes. La platine goniométrique autorise l'acquisition de textures cristallographiques. Le sous-ensemble portatif d'analyse des contraintes complète le dispositif. Il a été spécialement développé en partenariat avec le fabricant (Inel) pour s'adapter à des machines d'essais uniaxiaux et multiaxiaux.


Plateforme MATMECA


L'Equipex MATMECA est un ensemble d'équipements scientifiques de pointe, pour élaborer, caractériser et modéliser les matériaux de demain. Ces équipements sont localisés chez les partenaires du projet :
- une enceinte d'atomisation à l'Onera ;
- un Microscope Electronique à Balayage équipé d'une sonde ionique focalisée à Mines ParisTech ;
- un Microscope Electronique en Transmission à très haute résolution à CentraleSupelec ;
- un tomographe à rayons X au LMT.

Au LMT, la plateforme regroupe les équipements suivants :
- tomographe à RX, North Star Imaging X-View X50 CT, équipé d'un Tube rayon X Dual Head XWT-240XC/190, du détecteur NSI Dexala 7529 et et d'une station de travail de reconstruction tomographique efX-CT 4G eXtreme ;
- platines de chargement in-situ adaptées au tomographe RX
machine d'essais uniaxiale de traction-compression, charge maximale ±1 kN,
machine d'essais uniaxiale de traction-compression-torsion DEBEN, charges maximales force : ±20 kN, couple ±0,1 kN×m.
- platines de chargement in-situ adaptées au Microscope Electronique à Balayage Hitachi S3400N et au diffractomètre mobile INEL :
machine d'essais uniaxiale de traction compression, charge maximale ±1 kN,
machine d'essais biaxiale mini-ASTREE, charge maximale ±2 kN par axe, pilotage complexe en force et déplacement possible selon les deux axes.


Plateforme d'expérimentation dynamique


Barre de Hopkinson
Le Laboratoire dispose de moyens de caractérisation du comportement dynamique sous chargement d'impact de type barres de Hopkinson.
Actuellement, 3 pistes de 10 m équipées d'un canon à air comprimé permettent de réaliser des essais de compression dynamiques. Les bancs d'essais permettent de lancer des projectiles à une vitesse de 50 m/s pour les masses faibles ou à 12 m/s pour les masses les plus importantes. Des barres de gros diamètre (60 mm) et de faible impédance (nylon) sont utilisées ainsi que des montages spéciaux pour permettre de réaliser des essais dynamiques non conventionnels : perforation de tissus composites, cisaillement d'assemblages rivetés, compression des matériaux cellulaires.
Cette plateforme expérimentale permet de caractériser le comportement et l'endommagement de différents matériaux (bétons, BHP, roches, céramiques, composites, mousses, ...).
Un effort particulier est porté au développement d'essais dynamiques originaux par la conception des montages adaptés au cas dynamique (cisaillement, flexion, cisaillement-compression combiné). Récemment, un montage de compression biaxiale via l'utilisation d'un unique projectile et de deux barres sortantes coaxiales (une par axe) a été également développé.

Plateforme de caractérisation


La plateforme est composée de deux salles, la salle physico-chimie et la salle de macroscopie du béton.

1) Salle Physico-Chimie :

Caliromètre à balayage
La recherche effectuée au sein de cette salle est centrée sur l'étude de la réactivité des liants minéraux et des propriétés physico-chimiques de leurs hydrates.La salle regroupe des moyens d'essais et de préparation d'échantillons.






2) Salle de macroscopie du béton
Malaxeur de béton
La salle de macroscopie du béton permet de réaliser des essais mécaniques et d'effectuer des mesures sur des matériaux cimentaires sous environnement contrôlé.
Cette salle est équipée d'une station de régulation de la température et de l'hygrométrie. Les équipements de cette salle permettent de réaliser :
- des essais de fluage uni-axial et bi-axial (un dispositif bi-axial et quatre dispositifs uni-axiaux) ;
- des mesures de retrait (un dispositif de mesures automatiques et quatre dispositifs de mesures manuelles)
- des mesures de prise (appareil de prise Vicat) ;
- des mesures de porosité (huit cellules) ;
- du stockage d'éprouvettes pour des essais au long terme.

3) Dispositifs de conditionnement d'échantillons

Le laboratoire possède plusieurs moyens de conditionnement d'éprouvettes :
- Un four à chambre ouvrant (Verder-Carbolite),
- L'enceinte climatique EXCAL 7713-HA Climats
- L'enceinte climatique KBF 240 Binder
- L'enceinte climatique SERVATHIN AV 048053
- Four par induction, CELES
- Four de conditionnement
- Etude MEMMERT


Plateforme de sollicitations mono et multiaxiale


1) Machine triaxiale ASTREE

Machine triaxiale Astree
Le LMT possède une machine triaxiale unique en France nommée ASTREE. Les possibilités offertes par ASTREE sont de pouvoir appliquer un chargement tridimensionnel sur une éprouvette ou une petite structure. ASTREE est le fruit d'une réflexion et d'un travail commun entre le LMT et la société SCHENCK et a vu le jour au début des années 1990.












Le bâti d'ASTREE est constitué d'un soubassement fixe, de quatre colonnes verticales, de quatre traverses verticales mobiles et d'une traverse horizontale mobile. L'espace d'essai, délimité par les six vérins installés selon trois directions orthogonales, est de 650x650x1500 mm 3 . Les deux vérins verticaux montés respectivement sur le soubassement et sur la traverse mobile ont une capacité de ±250 kN et une course de 250 mm. Les quatre vérins horizontaux ont une capacité de ±100 kN et une course de 250 mm. Les tiges des vérins sont guidées par des paliers hydrostatiques dimensionnés pour supporter des efforts radiaux induits par les autres lignes de chargement au cours d'essai triaxial ou en cas de rupture de l'éprouvette. Une centrale hydraulique assure un débit total de 330 l/min.
La gestion de l'asservissement, assurée par une électronique numérique multifonctions Instron (2008), a été modernisé en 2018 pour profiter des performances des électroniques récentes. Les essais sur des éprouvettes en croix réalisés sur ASTREE sont systématiquement assistés par une mesure de champ de déplacements via des codes de stéréocorrélation développés en interne permettant la vérification des conditions de chargement de l'éprouvette (homogénéité, alignement) ou l'identification de propriétés locales.

2) Machine multiaxiale Hexapode

Machine multiaxiale HexapoleL'équipement est constituée de 6 vérins électriques de capacité 25 kN, déplacement maxi de 345 mm, et une vitesse maximale de 275 mm/s. Des développements internes ont été faits pour assurer la rigidité du plateau et l'installation de la machine. Une cellule d'effort 6 axes de capacité 5 kN en effort axial selon chaque axe et 750 Nm de couple autour de chaque axe a été développée et validée.
L'objectif est de l'utiliser pour appliquer des trajets de chargement complexe, fortement non proportionnels, à des éprouvettes ou des petites structures.. Un effort particulier a été porté au développement des essais sur des matériaux quasifragiles, notamment, la proposition d'un nouveau protocole expérimental pour l'analyse de la propagation de fissures. Les conditions aux limites sont contrôlées en temps réel pour se conformer à un chemin de fissure prédéfini.

3) Machine mini ASTREE

4) Machines de traction-compression

Le laboratoire dispose de nombreux moyens d'essais de traction compression (2500 kN, 500 kN, 100 kN et 50 kN).

5) Machine de traction-compression-torsion

Il s'agit d'une machine MTS à 4 colonnes, elle permet d'appliquer ±100kN en force et ±1.2 kN×m en couple.
Machine de traction-compression-torsion

6) Appareils photos et caméras

Le Laboratoire possède un parc important de d'appareils photos et de caméras (environ 30 boitiers). Il dispose également plusieurs objectifs.Caméra ultra rapide
- Il est équipé de deux caméras rapides Photron APX RS 3000
- deux spots de lumière froide Dedoccol
- une caméra thermique CEDIP JADE III MWIR (InSb)


Responsable du centre d'essai


Hortense LAEUFFER
Ingénieure de Recherche à l'ENS Paris-Saclay