Transformation Martensitique – Austénitique

Transformation Martensitique – Austénitique

La transformation martensitique qui se produit dans les AMF est responsable des propriétés particulières présentées par les AMF. Il s’agit d’une transformation qui se produit sans diffusion d’atomes lors d’un changement réversible de la forme du réseau cristallin. C’est une transformation représentée par deux phases : l’austénite et la martensite. La première d’entre elles, nommée la phase mère, est une phase stable aux hautes températures et elle est caractérisée par une structure régulière du réseau cristallin (structure cubique). Alors que la deuxième (phase martensitique) est une phase existante aux températures plus basses et qui possède un réseau cristallin avec symétrie plus basse que l’austénite.

Pour les AMF, on définit quatre températures caractéristiques qui commencent ou terminent la transformation martensitique (Aleksendra, 2014).
Ms : température de début de transformation martensitique (martensite start). C’est la température à partir de laquelle l’austénite se transforme en martensite.
Mf : température de fin de transformation martensitique (martensite finish). C’est la température à laquelle la transformation est complète.
As : température de début de transformation austénitique (austenite start). C’est la température à partir de laquelle la martensite commence à se transformer en austénite.
Af : température de fin de transformation austénitique (austenite finish). Le matériau est totalement austénitique.

Caractéristiques générales de la transformation

Le comportement des AMF est lié à une transformation de phase thermoélastique, de premier ordre, sans diffusion, appelée transformation martensitique par référence à la transformation produite lors de la trempe des aciers, qui doit son nom au métallurgiste allemand Adolf Martens. C’est une transformation displacive à l’état solide du matériau, sans modification de la composition chimique, entre deux phases : une phase mère, stable à haute température, appelée «Austénite»,et une phase produite appelée «Martensite» stable à basse température. La transformation martensitique est une transformation réversible, basée sur un déplacement coopératif des atomes sur des faibles distances et avec une faible variation de volume. Ce déplacement génère une déformation homogène du réseau cristallin qui est principalement obtenue par cisaillement, selon un plan et une direction bien définis. Ce plan est appelé plan d’habitat, il est invariant et appartient aux deux phases.

Production des AMF

L’élaboration des AMF est procédée par quatre grosses étapes (Vignes, Andre , & Kapala , 2001) :
Matières premières:
Les éléments constituant l’AMF doivent avoir une pureté supérieure à (99,99%) car les propriétés de l’alliage élaborées baissent de façon considérable avec l’augmentation du taux d’impuretés.
Fonderie:
Les AMF sont dans un premier temps mis en fusion. Avant de procéder à la coulée, il est indispensable de s’assurer de l’exactitude de la composition du bain de fusion.
Mise en forme:
Il apparaît de façon évidente que le procédé de mise en forme est spécifique à chaque famille du fait de leur différence de ductilité. Le choix d’une mise en forme à chaud ou à froid sera conditionné par l’aptitude de l’alliage en question à être déformé en fonction de la température.
Traitement de bétatisation (ou d’austénisation):
Pour conférer aux produits obtenus, les propriétés mémoire de forme, les AMF doivent subir une séquence de traitement thermique.

Applications en génie civil

Applications des AMF sans contrôle actif

Cette section présente des applications des AMF pour : La réparation des structures en béton. La fermeture de fissures. La création de précontrainte dans des structures. Le contrôle sismique passif des structures.
Applications pour la réparation des structures en béton:
Plusieurs travaux ont été menés sur l’utilisation des AMF pour la réhabilitation des ouvrages. Seuls quelques cas ont abouti à la réparation des structures existantes.
Applications pour la fermeture de fissures dans le béton:
Song et al ont mis en œuvre un concept du béton armé «intelligent» en se servant de l’activation de l’effet mémoire des AMF . Des fils d’AMF initialement à l’état martensitique permettent de créer de la précontrainte au chauffage. Ceci permet par exemple de réduire l’ouverture des fissures dans un composant en béton .
Applications pour la création de précontraintes dans des structures en béton:
En 2008, Choi et al ont mené des travaux sur le confinement de cylindres en béton. Les fils AMF utilisés sont de type Ni-Ti, soit à l’état martensitique, soit à l’état austénitique. Ces fils sont enroulés sur la surface latérale des cylindres, sans toutefois activer l’effet mémoire (on parle de confinement «passif»). Les résultats à l’écrasement des cylindres montrent que la configuration des fils à l’état martensitique permet d’augmenter la résistance et la ductilité du béton, tandis que la configuration à l’état austénitique améliore seulement la ductilité.(Waibaye, 2016).
Applications pour le contrôle sismique (passif) des structures:
En termes de prévention sismique, Dolce et al (Waibaye, 2016) ont développé et étudié un système d’isolement par dissipation de l’énergie sismique grâce à des fils AMF. Mayes et al (Waibaye, 2016) ont utilisé des ressorts en AMF dans le même but. L’impact des AMF sur le changement de fréquence de résonnance du système et de son amplitude a été mis en évidence dans ces travaux. Li et al (Waibaye, 2016) ont utilisé des AMF pour amortir la vibration d’un câble de pont. DesRoches et al (Waibaye, 2016) ont placé des barres en AMF sur un pont pour diminuer les effets sismiques.

Applications des AMF avec contrôle actif

On présente maintenant des applications en ingénierie des AMF avec contrôle actif, c’est-à-dire qu’il y a un pilotage de l’AMF en temps réel en fonction de la valeur d’un paramètre mesuré.

Cette section est organisée de la manière suivante :  Des applications pour le contrôle actif de la déformation d’une structure de type poutre. Des applications pour le contrôle actif des vibrations dans les structures.

Contrôle de la déformation d’une poutre:
La flexion de la poutrelle est provoquée en chauffant le fil en AMF. Un dispositif mesure en temps réel la flèche à mi-portée.
L’objectif est de suivre une consigne en fonction du temps en agissant par chauffage du fil AMF. Grâce à la rigidité de la poutre, l’arrêt du chauffage permet de restituer le moment provoqué pendant le chauffage. Ainsi, le système fonctionne à double-sens.

Contrôle actif des vibrations dans les structures:
Baz et al ont mené des travaux sur la fiabilité de l’utilisation d’actionneurs à base d’AMF pour le contrôle actif des vibrations en flexion d’une poutre. Ils ont utilisé un capteur de position pour surveiller la vibration. Le signal est envoyé à un micro-ordinateur par l’intermédiaire d’un convertisseur, et une comparaison est faite par rapport à une position désirée de la poutre. Un système de contrôle en vibration de la structure flexible a été ainsi mis en place. Les résultats obtenus montrent que les AMF sont des éléments fiables pour amortir la vibration des systèmes flexibles. (Waibaye, 2016)

Table des matières

Introduction générale
Chapitre 01 : Les alliages à mémoire de forme AMF et leurs applications en génie civil
1.1. Introduction
1.2. Alliages à mémoire de forme – Une brève histoire 
1.3. Définition 
1.3.1. Transformation Martensitique – Austénitique
1.3.2. Caractéristiques générales de la transformation
1.4. Les propriétés thermomécaniques des AMF
1.4.1. L’effet mémoire simple sens EMSS
1.4.2. L’effet super-élastique ES
1.5. Production des AMF
1.5.1. Matières premières
1.5.2. Fonderie
1.5.3. Mise en forme
1.5.4. Traitement de bétatisation (ou d’austénisation)
1.6. Les familles des AMF 
1.6.1. Les alliages à base de Nickel-Titane
1.6.2. Les alliages à base de fer
1.6.3. Les alliages à base de cuivre
1.7. Applications en génie civil
1.7.1. Applications des AMF sans contrôle actif
1.7.2. Applications des AMF avec contrôle actif
1.8. Conclusion
Chapitre 02 : Introduction des AMF sur une structure prismatique
2.1. Introduction 
2.2. Introduction sur le logiciel de calcul ANSYS, V 15.0
2.2.1. L’élément SOLID185
2.2.2. L’élément PIPE288
2.3. Les principes hypothèses
2.3. Caractéristiques mécaniques des structures et des AMF 
2.3.1. Caractéristiques mécaniques des structures
2.3.2. Caractéristiques mécaniques des AMF
2.4. Modélisation numérique des AMF
2.5. Analyse modale 
2.5.1. Analyse modale sans AMF
2.5.2. Analyse modale avec AMF (PIPE288)
2.5.3. Analyse modale avec AMF type d’élément solides 185 (3D)
2.6. Analyse dynamique transitoire
2.6.1. Analyse transitoire sans et avec AMF type d’élément « PIPE288 »
2.6.2. Analyse transitoire avec AMF type d’élément « SOLID185 »
2.7. Conclusion
Chapitre 03 : Application des AMF sur le minaret de Dolmabahçe
3.1. Introduction
3.2. Historique 
3.3. Architecture de la Mosquée Dolmabahçe 
3.4. Les principales hypothèses
3.5. Caractéristiques géométriques du minaret
3.6. Les caractéristiques mécaniques du minaret et de l’AMF
3.6.1. Les caractéristiques mécaniques du minaret
3.6.2. Caractéristiques mécaniques des AMF
3.7. Analyse modale 
3.7.1. Analyse modale sans AMF
3.7.2. Analyse modale avec AMF
3.8. Analyse transitoire
3.8.1. Points de mesure
3.8.2. Analyse transitoire du minaret sans et avec AMF type d’élément « PIPE288 »
3.8.3. Comparaison avec le cas de l’utilisation des éléments SOLID185
3.9. Conclusion
Conclusion générale

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