Brevet FR2551541A1 — publié le 19850308

La présente invention concerne un appareil permettant de mesurer, sans intervention manuelle et en fonction des conditions de température et/ou d'humidité, les variations dimensionnelles d'éprouvettes de matériaux plans placées dans une enceinte climatique ventilée. La plupart des matériaux plans qu'ils soient à base de bois ou de cellulose, de matières minérales, de matières synthétiques ou d'assemblages de ces précédentes possibilités, sont sensibles aux influences de la température et de l'humidité, facteurs de base des climats existants : placés dans une atmosphère chaude et/ou humide ils ont tendance à se dilater plus ou moins fortement, et à l'inverse de se rétracter dans un environnement froid et/ou sec. De ce fait, lors de la mise en oeuvre des produits finis du type plaques minces ou panneaux composites, il s'avère nécessaire de connaitre avec précision leurs variations dimensionnelles, faute de quoi l'utilisateur s'exposerait ultérieurement à des désordres du type fissuration ou'déformation altérant les qualités du matériau ou de son assemblage. Différentes techniques sont utilisées actuellement pour connaitre, apres passage dans une enceinte climatique ventilée, les variations dimensionnelles d'éprouvettes suivant longueur et largeur. Une technique communément appliquee fait appel à l'utilisation d'au moins deux plots normalisés, collés à l'Epoxy directement sur-chaque éprouvette, et disposés à une distance déterminée les uns des autres. Apres obtention du taux d'humidité et du degré de tem pératuresouhaités dans l'enceinte climatique ventilée, les éprouvettes y sont disposées à l'intérieur.A périodes régulières elles sont prélevées par l'ope- rateur, mises sous presse pour éviter tout voilage éventuel susceptible de fausser les mesures ultérieures, puis mesurées au comparateur micrométrique (dilatometre à palpeurs), ce dernier permettant de contrôler les variations dimensionnelles entre les différents plots normalisés de chaque éprouvette et de déterminer ainsi les écarts enregistrés pour chaque matériau plan testé. Malgré sa bonne fiabilité, cette technique de mesure comporte de nombreux inconvénients : elle est longue à réaliser, implique la présence quasi-permanente d'un operateur car elle nécessite de nombreuses manipulations tant au niveau de la préparation des éprouvettes que pour effectuer les mesures proprement dites, et s'avère rapidement fastidieuse de par son aspect répétitif. Le but de la présente invention est de remédier aux différents inconvénients cités ci-dessus en permettant d'une part de réaliser une mesure automatisée fiable des variations dimensionnelles de séries d'éprouvettes sans nécessiter la presence constante de l'opérateur, d'autre part, grâce au traitement informatisé des mesures successivement recueillies, d'étudier en continu l'évolution des variations dimensionnelles d'un ou plusieurs matériaux plans en fonction du temps passé dans l'enceinte climatique, et en outre d'obtenir une précision des mesures de l'ordre du micron alors que dans le procédé classique elle était de l'ordre de 1/10 mm. Ce but est atteint à l'aide de l'appareil,objet de la présente invention, comprenant à l'intérieur d'une enceinte climatique ventilée, un chassis mobile recevant un dispositif support d'éprouvettes permettant la seule dilatation longitudinale des éprouvettes disposées à chant entre des jeux d'intercalaires, ainsi qu'un dispositif (a palpeur) de mesure des variations dimensionnelles, disposé sur un chariot mobile actionné par un moteur, et travaillant au contact des tranches des éprouvettes (coté non bridé) ; et à l'extérieur de l'enceinte climatique un dispositif d'affichage et/ou d'enregistrement des mesures, ainsi qu'un dispositif de programmation des opérations (temps, humidité, chaleur) et éventuellement un dispositif informatise d'analyse en continu des résultats obtenus. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'avance du chariot mobile support du palpeur est programmable électroniquement de l'extérieur de l'enceinte climatique mais s'effectue ensuite, une fois le cycle des mesures enclanché, éprouvette par éprouvette à l'aide d'une cellule photo-electrique disposée sur le chariot mobile au dessus du dispositif à palpeur, et reagissant lors de son passage devant les intercalaires successifs. Grâce à cet agencement et une fois l'appareil chargé en éprouvettes et programmé, toutes les mesures sont realisables en automatique et sans intervention manuelle. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description non limitative qui suit d'une forme dgexecution de l'appareil et de son fonctionnement, d'un exemple d'utilisation de l'appareil, ainsi qu'à l'aide des figures annexées parmi lesquelles La figure I : est une vue en perspective du cadre mobile et des dispositifs support d'éprouvettes et de mesure des variations dimensionnelles. La figure 2 : est un schéma présentant les différents moyens de visualisation des mesures, d'analyse des résultats, de programmation, couplables sur l'appareil. La figure 3 : est une vue en plan d'un intercalaire La figure 4 : est une représentation de la variation de la longueur d'une éprouvette passant de l'état brut à l'état de référence sec ou saturé. La figure 5 : est une représentation de la variation de la longueur de l'éprouvette passant de l'état de référence sec ou saturé à l'état considéré. Comme représenté sur la figure 1, l'appareil de mesure des variations dimensionnelles des matériaux plans est constitué par un chassis amovible (1) coulissant sur deux règles à billes (2) fixées sur la cuve interne (3) d'une enceinte climatique (4) du type VTK VOTSCH z et permettant son introduction et sa sortie de l'enceinte. Sur le chassis (1) repose tout d'abord un dispositif support d'éprouvettes comprenant deux vérins ou étaux (5-6) l'un (5) pour empécher tout voilage des éprouvettes, l'autre (6) pour brider ces dernières du côté opposé au dispositif de mesure. Les éprouvettes (7), placées à chant sur le chassis et séparées entre elles par des intercalaires spéciaux (8) sont libres de se dilater ou de se rétracter à partir du point où elles sont maintenues très fermement par le dispositif de serrage (6).Une butée linéaire (9) permet de positionner les éprouvettes de telle sorte que leurs tranches soient sur un même plan, côté dispositif de mesure. Cette butée (9) est ensuite retirée après bridage. Sur le chassis (1) et devant les éprouvettes (7) on trouve ensuite le dispositif mobile de mesure des variations dimensionnelles constitué d'un chariot (10) actionné par un moteur électrique (11) entrainant un jeu de cables et de poulies. Le chariot ainsi mû se déplace perpendiculairement aux éprouvettes (7) sur un rail métallique (12) et par l'intermédiaire de quatre galets (13), Le chariot (10) supporte l'élément de mesure, à savoir un palpeur (14) à entrainement pneumatique dont la tige (15) sort en position de mesure et vient en contact avec la tranche de l'éprouvette (7) à mesurer.Le palpeur (14) comporte une règle (non représentée) à réseau DIADUR matérialisant la course. A l'aide d'un balayage par voie photovoltaïque de la règle figurant sur le palpeur, on obtient par comptage électronique des impulsions engendrées lors du déplacement de la tige de palpage (15), la valeur de mesure recherchée et qui sera ensuite matérialisée corme sur la figure 2 par visualitation directe (compteur digital ou imprimante) et/ou mémorisation magnétique. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'avance du chariot mobile (10) support du palpeur est programmée electroniquement de l'extérieur de l'enceinte climatique mais s'effectue ensuite, une fois le cycle des mesures enclenché, éprouvette par éprouvette à l'aide d'une cellule photoélectrique (17) disposée sur le chariot mobile et au dessus du palpeur, et qui réagit lors de son passage devant les intercalaires (8). C'est ainsi que le chariot mobile (10), qui initialement se trouve en position D2, c'est à dire en position d'attente, dès réception d'une impulsion programmée ou déclenchée par l'opérateur est entrainé par le moteur jusqu'en D1 position treme de la règle métallique (12) ou un capteur de position inductif (18) L'arrête. Le cycle démarre alors par déplacement du chariot en sens inverse (D1 vers D2) et arrêt pas à pas contrôlé par le passage de la cellule photoélectrique (17) devant les intercalaires (8). Comme représenté sur la figure 2, l'appareil peut être couplé, en amont avec un micro-ordinateur de programmation des conditions climatiques souhaitées pour les mesures (degré hygrométrique, température, temps) ainsi que des éprouvettes à tester, et en aval avec des dispositifs de visualisation (digital ou imprimante) ainsi qu'avec un micro-ordinateur de stockage et d'analyse des données obtenues. Comme on le voit sur les figures 3 et 1, les intercalaires (8) sont prolongés par une tige métallique (19) qui coupe le faisceau alimentant la cellule photo-électrique (17) engendrant ainsi l'arrêt instantané du chariot mobile (10) puis la sortie en position de mesure de la tige (15) du palpeur qui vient au contact de la tranche de l'éprouvette. Une minuterie contrôle le temps de sortie de la tige du palpeur ; une autre minuterie détermine le temps de mesure. Après la mesure, son affichage et/ou sa mémorisation magnétique, le chariot (10) se déplace d'un pas et s'arrente devant l'éprouvette suivante comme décrit précédemment et ainsi de suite pour chacune des éprouvettes à mesurer. Les mesures effectuées, le chariot termine son cycle en D1 où le capteur de position inductif (18) l'arrete. Afin de protéger la tige (15) dù palpeur et d'éviter sa détérioration accidentelle durant la progression du chariot, la tige interne du palpeur est équipée d'un dispositif de sécurité , du type faisceau lumineux et cellule photo-électrique, interdisant tout déplacement du chariot lorsque la tige du palpeur est sortie. Pour une utilisation efficace du matériel tel que décrit ci-dessus il convient tout d'abord de rappeler que l'état d'une éprouvette pour un couple température-humidité relative donné est réputé stable lorsque l'évolution (retrait ou allongement) est nul ou inférieur à 0,1 % sur une période de temps correspondant au 1/10e du temps écoulé entre le début de l'obtention de l'état d'équilibre à l'intérieur de 11 enceinte et le moment ou s'est effectué la (n-1)ieme mesure. On désigne par l'indice 1 les grandeurs représentatives de cet état d'équilibre (c'est à dire -Ti et H1) et PLI la mesure des variations dimensionnelles entre l'état de référence et l'état choisi.Les grandeurs représentatives de l'état de référence sont nommées T r et H r La longueur de l'éprouvette est quant à elle désignée Lo. il s'agit donc de mesurer l'évolution de l'éprouvette lorsque lton passe, dans une enceinte ventilée,des valeurs d'équilibre caractérisées par le couple de référence Tr et Hr aux valeurs d'équilibre T1 et H1 et pour ce faire tracer la courbe représentative de la fonction n L/L en fonction du temps. Le mode opératoire est alors le suivant on dispose tout d'abord les éprouvettes à l'intérieur de l'enceinte comme décrit précédemment puis l'on règle l'appareil de sorte que les conditions permettant d'atteindre l'état de référence soient atteintes. Lorsque l'état de ltéprouvette est considéré comme stable (voir définition plus haut) on note la longueur Lo. Sur la figure 4 l'on a représenté l'obtention de la valeur L (longueur de l'échantillon à l'état brut, c'est à dire sans aucun traitement thermique ou hydraulique). on modifie ensuite la programmation du couple température - humidité en considérant que le temps mis par l'enceinte à se stabiliser à son nouvel état d'équilibre est négligeable par rapport au temps mis par l'éprouvette pour atteindre le dit état. on effectue enfin des mesures régulières à des intervalles de temps successifs espacés de 8 h (0-8h - 16h - 24h ...) jusqu'à l'obtention de l'état stable caractérisé par L1. Sur la figure 5 l'on a représenté l'évolution de la valeur Lo. EXE'lPLE : essais de mesures à l'état saturé Des essais de mesures des variations dimensionnelles sont effectués sur des éprouvettes (format 42 X 10 cm) réalisées à partir de plaques en fibres-ciment. Les éprduvettes sont découpées en nombre égal dans le sens parallèle et dans le sens perpendiculaire aux fibres. Les éprouvettes sont ensuite réparties en deux lots identiques : - un lot qui sera étudié selon l'ancienne méthode de mesure - un lot qui sera étudié à l'aide de l'appareil conforme à l'invention. Cycle d'essais choisi : état saturés 450C 10% HR Les éprouvettes préalablement saturées par immersion pendant 48 h sous eau sont placées dans une enceinte climatique ventilée ou l'on assiste à leur retrait. Habituellement, suivant l'ancienne méthode, les mesures sont effectuées à l'équilibre dans chaque état (poids constant), mais pour ces essais, les mesures ont été effectuées à des temps réguliers : Oh, 8h, 12h, 24h, 48h, 72h, 96h. Les mesures deb L/L en fonction du temps enregistré ont été reprises dans le tableau ci-.après MESURES DE # L/L EN FONCTION DU TEMPS (en mm/m) Type de produit : Fibres-ciment Nombre d'éprouvettes : 14 Sens // aux fibres Temps en heures 22 31 47 54 71 79 142 Ancienne Moyenne 0,42 0,79 1,27 1,26 1,4 1,41 1,42 méthode Ecart type 0,13 0,18 0,24 0,24 0,27 0,27 0,27 Coef. de var. 30,95% 22,78% 18,9% 19,65% 19,27% 19,15% 19,1% Nouvelle Moyenne 0,78 1,14 1,35 1,41 1,49 1,58 1,61 méthode Ecart type 0,18 0,24 0,28 0,33 0,31 0,3 0,26 Coef. de var. 23,08% 21,05% 20,74% 23,4% 20,81% 18,99% 16,15% Ecart en% 46,15% 30,70% 5,93% 10,64% 6,04% 10,76% 11,8% Sens perpendiculaire aux fibres Temps en heures 22 31 47 54 71 79 142 Ancienne Moyenne 0,77 0,89 1,06 1,1 1,16 1,21 1,23 méthode Ecart type 0,1 0,1 0,09 0,1 0,13 0,1 0,1 Coef. de var. 12,88% 11,24% 8,49% 9,09% 11,21% 8,26% 8,13% Nouvelle Moyenne 0,72 0,92 1,14 1,15 1,34 1,35 1,36 méthode Ecart type 0,07 0,06 0,05 0,07 0,09 0,09 0,1 Coef. de var. 18% 6,52% 4,39% 6,09% 6,72% 6,67% 7,35% Ecart en% 6,49% 3,37% 7,56% 4,55% 15,52% 11,57% 10,57% Le coefficient de correlation entre les résultats obtenus suivant les deux méthodes de mesure est demeuré supérieur à 0,8 ce qui exprime une relation étroite entre les deux méthodes. L'appareil décrit ci-dessus a également été testé avec succés sur des éprouvettes similaires à celles utilisées dans l'exemple précédent. Toutefois au lieu d'être saturées d'eau, elles sont séchées pendant 48 h dans une étuve à 90" C. Les éprouvettes ont été ensuite testées dans l'enceinte climatique à 2O0C et 85 % d'humidité où l'on assiste à leur dilatation. Bien que convenant pluz pPrticulièrement à la mesure des variations dimensionnelles des matériaux de construction plans en fonction des conditions de température et/ou d'humidité, l'invention peut également convenir pour tout type de matériaux plans quelle qu'en soit la destination. REVENDICATIONS - 1. Appareil de mesure des variations dimensionnelles d'éprouvettes de matériaux plans en fonctiondes conditions de température et/ou d'humidité, caractérisé en ce qu'il comprend, sur un chassis fixe ou coulissant disposé à l'intérieur d'une enceinte climatique ventilée un dispositif support d'éprouvettes permettant leur dilatation longitudinale entre des jeux d'intercalaires, un dispositif automatique de mesure des variations dimensionnelles travaillant au contact des tranches des éprouvettes, côté non bridé. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif fixe support d'éprouvettes est équipé d'au moins deux vérins ou étaux (5-6), l'un (5) pour empecher tout voilage des éprouvettes, l'autre (6) pour brider ces dernières du côté opposé au dispositif mobile de mesure. 3. Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif fixe support d'éprouvettes est équipé d'une butée linéaire (9) amovible, assurant le positionnement des éprouvettes avant qu'elles soient bridées. 4. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de mesure des variations dimensionnelles comprend un palpeur (14) à entrainement pneumatique, dont la tige (15) sort en position de mesure et vient en contact avec la tranche de l'éprouvette à mesurer. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce què le palpeur (14) comporte une règle a réseau DIADURqui permet, après balayage par voie photo-voltalque, le comptage électronique des impulsions engendrées lors du déplacement de la tige de palpage (15)ainsi que l'affichage et/ou l'enregistrement des résultats de la mesure. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que le dispositif de mesure des variations dimensionnelles-est monté sur un chariot mobile (10), actionné par un moteur, et évoluant perpendiculairement aux éprouvettes sur un rail métallique (12). 7. Appareil suivant les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que le dispositif mobile de mesure se déplace avec arret pas à pas devant chaque éprouvette grâce à une cellule photo-électrique (17) disposée sur le chariot mobile (10) et à proximité du palpeur (14). 8. Appareil suivant les revendications 1,6 et 7, caractérisé en ce que les intercalaires (8) sont prolongés, du côté opposé aux éprouvettes, par une tige métallique (19) qui coupe le faisceau alimentant la cellule photo-électrique (17), et engendre ainsi l'arrêt instantané du chariot (10) puis la mesure de l'éprouvette par l'intermédiaire de la tige de palpage (15).