Thermoméca sur composite CFRP : comment suivre fissure et température avec un seul setup

Quand une fissure se propage dans un stratifié CFRP, deux phénomènes se jouent en même temps : le champ de déplacement — celui que le DIC classique mesure très bien — et l’échauffement thermique en pointe de fissure, signature de la dissipation d’énergie. Les mesurer séparément, sur des campagnes d’essais différentes, c’est non seulement coûteux, c’est surtout rater la moitié de la physique.

Le cas présenté ici illustre comment EikoTwin et son plugin thermique permettent de combiner DIC stéréo et caméra infrarouge sur la même éprouvette, au même instant — et d’obtenir trois informations là où on en attendait deux.

Le contexte : ténacité à la rupture sur CFRP

L’étude porte sur la ténacité à la rupture de composites CFRP (fibres de carbone/époxy), un paramètre critique pour les structures aéro et spatial. La géométrie retenue est l’éprouvette CT (Compact Tension), standard en mécanique de la rupture : une entaille initiale force la fissure à se propager dans une direction contrôlée pendant le chargement.

Pour calculer K_Ic ou la J-intégrale, il faut des champs de déplacement précis autour de la pointe de fissure. Mais pour comprendre les mécanismes de dissipation dans le composite — délaminage, friction inter-plis, plastification locale — il faut aussi la température. Le montage expérimental comprend :

• 2 caméras standard (système stéréo DIC)
• 1 caméra infrarouge
• Des capteurs force et température pour les données de synchronisation

Résultat : 3 séries d’images à des fréquences d’acquisition différentes, à réconcilier dans un référentiel commun.

Le défi technique : 3 caméras, 3 repères, 1 vérité physique

C’est là que les DIC classiques butent. Trois caméras aux angles différents, avec des fréquences et des résolutions différentes — calibrer tout ça ensemble dans un repère unique, c’est un problème non trivial.

EikoTwin résout ce problème avec le maillage éléments finis comme référentiel commun. La géométrie de l’éprouvette — connue, modélisée — sert d’ancre pour étalonner simultanément le système à 3 caméras. Le maillage n’est pas une grille de mesure flottante : c’est un objet 3D ancré dans l’espace physique, visible par toutes les caméras, et qui permet de parler le même langage à toutes.

La clé : mesure Lagrangienne de la température

Une fois l’étalonnage fait, le plugin thermique calcule pour chaque nœud du maillage, le déplacement U à chaque instant. La caméra IR, elle, voit la surface déformée — elle mesure la température au point géométrique courant, pas au point matériel d’origine. Si la fissure avance et que la surface bouge, la caméra IR « perd » le point matériel de vue.

La reprojection IR couplée au DIC corrige ça : en utilisant le champ de déplacement calculé, on remonte à la température du point physique d’origine — c’est la mesure en description Lagrangienne. Concrètement, ça évite les artefacts qui apparaissent quand on corrèle naïvement une image IR et un champ DIC sans tenir compte du mouvement entre les deux.

Les résultats : deux champs, un bonus

Sur les images obtenues en fin d’essai, on visualise côte à côte le déplacement vertical (champ DIC classique, haute résolution) et la température (reprojection Lagrangienne, synchronisée). Les deux champs montrent clairement l’évolution de la zone en pointe de fissure au cours de la propagation.

Le bonus inattendu : le résidu trace la fissure

En DIC, le résidu est l’erreur résiduelle après recalage — la différence entre l’image de référence et l’image déformée recalée. En zone saine, ce résidu est faible et uniforme. En zone de discontinuité — une fissure, par exemple — le recalage ne peut pas converger parfaitement : le résidu explose localement.

Résultat : le résidu DIC dessine le chemin de fissure, sans capteur supplémentaire, sans seuillage manuel, sans algorithme de détection de bord. C’est une information qui « sort » naturellement du calcul DIC, et qu’EikoTwin rend visible directement dans l’interface.

Ce que ça change pour les ingénieurs

Ce cas illustre une idée centrale dans la philosophie EikoTwin : la densité d’information par essai. Monter une campagne d’essais coûte cher — en temps machine, en éprouvettes, en journées ingénieur. Si on peut extraire deux fois plus d’information du même setup, on divise d’autant le coût marginal de chaque mesure.

Dans ce cas, le résultat obtenu depuis un seul setup :

• Un champ de déplacement exploitable pour le calcul de ténacité (K_Ic, J-intégrale)
• Un champ de température Lagrangien pour l’analyse énergétique et la dissipation
• Un indicateur de propagation de fissure via le résidu DIC
• Tout ça directement projeté sur le maillage FE — prêt pour la comparaison test/simulation

Le plugin thermique d’EikoTwin ne « rajoute » pas une caméra IR à côté du DIC : il l’intègre dans le même workflow de mesure, avec le même référentiel, pour que les données soient exploitables ensemble dès la sortie de l’essai.

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Remerciements : merci à J. Naciri pour les données expérimentales utilisées dans cet article.

📖 Cet article fait partie de notre Guide complet de la corrélation d’images numériques.