Sans colle, ça colle ?
Grâce à un dispositif d’électro-adhésion, nous caractérisons pour la première fois l’adhérence entre un film et un substrat obtenue sans couche intermédiaire de colle. En effet, cette dernière possède généralement des propriétés mal maîtrisées compliquant fortement l’étude de l’adhérence. Pour cela, des ondes ultrasonores sont générées et détectées par lasers afin de sonder sans contact l’interface constituée. Les résultats obtenus grâce à cette méthode non destructive montrent clairement la sensibilité des ondes acoustiques de surface aux seules variations de l’adhérence du film induites électrostatiquement.
Cette étude concerne l’adhérence des matériaux bien souvent cruciale pour la fiabilité des technologies associées aux revêtements. Plus précisément, la qualité du contact entre un film en chlorure de polyvinyle et un substrat d’aluminium est évaluée de manière non destructive par Ultrasons-Laser. Généralement, une couche d’adhésif entre le film et le substrat est utilisée cependant ses propriétés (épaisseur, homogénéité…) sont difficilement maîtrisables et compliquent la caractérisation de l’adhérence. C’est pourquoi un dispositif original d’électro-adhésion (Figure 1) est mis en œuvre afin de faire varier l’adhérence du film par l’application de champs électrostatiques de différentes intensités, dispensant ainsi de l’utilisation d’une couche de colle (Figure 2). Par ailleurs, la propagation des ondes acoustiques de surface dans la structure constituée est sensible à l’adhérence via la dispersion des vitesses de phase. En considérant l’effet des rigidités normales et tangentielles à l’interface, les courbes de dispersion des modes de Rayleigh ont été déterminées. Celles-ci ont également été obtenues par la méthode des éléments finis (Figures 3 et 4). Expérimentalement, ces ondes guidées sont générées par un laser Nd:YAG doublé en fréquence et détectées par un interféromètre hétérodyne de type Mach-Zehnder. L’analyse des courbes de dispersion de différents modes a permis de distinguer chaque niveau d’adhérence. Ces résultats novateurs ouvrent la voie à de futures études par Ultrasons-Laser afin de mieux quantifier le phénomène d’électro-adhésion pour divers matériaux.
Pour en savoir plus :
Mustapha Baher, Meriem Chrifi Alaoui, Frédéric Jenot, Mohammadi Ouaftouh, Marc Duquennoy, « Characterization of electro-adhesion using surface waves generated and detected by Laser-Ultrasonics », NDT&E International, Volume 147, 2024, 103191, ISSN 0963-8695, https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2024.103191

Figure 1 : (a) Dispositif d’électro-adhésion, (b) Source de champ utilisée, (c) Configuration expérimentale

Figure 2 : Adhérence d’un film de PVC à un substrat d’aluminium pour deux champs électrostatiques d’intensité croissante. Tension appliquée 3,6 kV (a) et 3,8 kV (b)

Figure 3 : Modes de Rayleigh déterminés par éléments finis et courbes de dispersion théoriques (traits noirs) pour un contact parfait film/substrat