Fluage

Lefluageest lephénomène physiquequi provoque ladéformation irréversibledifférée (c'est-à-dire non instantanée) d’unmatériausoumis à unecontrainteconstante (notée $\sigma _{0}$ ), même inférieure à lalimite d'élasticitédu matériau, pendant une durée suffisante. Lefluageainsi que larelaxation de contraintesont deux méthodes en quasi statique decaractérisation des matériauxvisqueux (cas dubéton).

Tests et mesures[modifier|modifier le code]

Ils servent notamment à tester et prédire les déformations et dégradation des constructions (ponts, bâtiments réacteurs (BR) de centrales nucléaires enbéton précontraint,etc.) qui influeront sur leurs performances et qualité au cours de leur vieillissement ou en cas d'aléa sismique.

En pratique, lors d'essais de fluage, leséprouvettessont le plus souvent soumises à une force constante appelée sollicitation. La contrainte est alors constante, tant que la variation de section de l'éprouvette reste très faible. Lacontrainteest définie comme le rapport de la force appliquée à l'aire de la section (c'est-à-dire une pression). La déformation (le déplacement relatif) $\varepsilon _{0}(t,\sigma _{0}$ ) qui en résulte dépend en général des conditions extérieures à la pièce: temps (t), valeur de la contrainte,température,pression,etc.

Il y a deux types de comportement liés au fluage: le comportementviscoélastiqueque l'on rencontre principalement dans les polymères et le comportementviscoplastiquequi concerne plutôt les métaux et céramiques.

La déformation lors de l'essai est la somme de ladéformation élastique,instantanée, et de la déformation visqueuse due à l'écoulement visqueuxet qui est parfois appelée« élasticité retardée ».

Concernant ce type d'essai mécanique,deux cas se présentent:

pour unessai de traction,unpoidsest imposé à une éprouvette (utilisation d'une masse suspendue);
tandis que pour un essai decisaillement,uncouplede torsion est imposé.

L'expérience de fluage peut être contrôlée en mesurant l'allongement de l'éprouvette après avoir retiré la contrainte appliquée. Le matériau a subi une déformation permanente (ou résiduelle) reliée à l'écoulement irréversible. Ce phénomène concerne surtout lesfluidesviscoélastiques. Plus la durée d'application de la contrainte a été longue, plus la déformation permanente est importante.

Dans le cas d'unpolymère,le fluage a pour origine le phénomène de glissement des chaînesmacromoléculairesles unes par rapport aux autres. Pour éviter ce phénomène d'écoulement, il faut diminuer le glissement. Une solution consiste à procéder à laréticulationdu polymère, qui créera desliaisons covalentesentre ses chaînes (pontage). La déformation dusolideviscoélastique obtenu sera plus faible que celle du matériau fluide.

Modes[modifier|modifier le code]

Fluages primaire, secondaire et tertiaire.

Lors d'un essai mécanique de fluage, réalisé avec une éprouvette soumise à une contrainte et une température constantes, l'allongement est mesuré en fonction du temps. La courbe ainsi obtenue présente trois zones différentes, de comportements différents. Il s'agit des trois modes de fluage:

fluage primaire, déformation rapide,régime transitoire;
fluage secondaire, le mieux connu, permettant le dimensionnement de pièces mécaniques, le taux (la vitesse) de déformation est approximativement constant; Dans le cas de matériaux viscoplastiques, c'est le domaine d'application de laloi de Norton-Hoff;
fluage tertiaire, endommagement final de l'éprouvette, rupture de vésicules.

Exemples[modifier|modifier le code]

Lesglacierss'écoulent sous leur propre poids car la glace flue^[1].
Latectonique des plaquesrepose sur la déformationductilepar fluage dans lacroûte inférieureet par fluage généralisé dans lemanteau lithosphérique:les roches sont solides et élastiques à court terme dans cesenveloppes externes de la terremais, soumises à unecontrainteconstante et étant donné les conditions de pression et de température à l'intérieur de la Terre,elles se déforment très lentement (mm/an ou cm/an) par fluageplastique,et peuvent se décrire comme des fluides très visqueux à l'échelle de temps de la dizaine de milliers d'années^[2].
Une pièce métallique chauffée au rouge peut êtredéforméecomme une pâte. En effet, à très haute température, les métaux se comportent comme des fluides viscoélastiques^[3].
Une étagère depanneau de particulesfléchit après quelques années sous un poids constant.
Uneaubederéacteur d'avionest soumise à laforce centrifugeainsi qu'à une température élevée lors du fonctionnement. Le fluage d'aubes de turbine constitue un mode de ruine des aubes de turbine, limitant leur durée de vie.
En peinture d'art, la forte déformation de la toile due au poids des matériaux: toile et masse picturale.

Notes et références[modifier|modifier le code]

↑J. W. Glen, «The creep of polycrystalline ice»,Proceedings of the Royal Society,a,vol.228,n^o1175,‎1955,p.519-38
↑Cyril Langlois,Géologie - Géophysique,2011,p.168.
↑(en)Frederick H. Norton,The creep of steel at high temperatures,New York, McGraw Hill Co.,1929,1^reéd.,90p.(OCLC2406751)

Voir aussi[modifier|modifier le code]

Articles connexes[modifier|modifier le code]

Liens externes[modifier|modifier le code]

François Saint-Antonin,Essais de fluage,Techniques de l'ingénieur,1995 (lire en ligne).

Notice dans un dictionnaire ou une encyclopédie généraliste:
- Britannica
Notices d'autorité:
- Tchéquie

[Glen-1] J. W. Glen, «The creep of polycrystalline ice»,Proceedings of the Royal Society,a,vol.228,n^o1175,‎1955,p.519-38

[2] Cyril Langlois,Géologie - Géophysique,2011,p.168.

[3] (en)Frederick H. Norton,The creep of steel at high temperatures,New York, McGraw Hill Co.,1929,1^reéd.,90p.(OCLC2406751)

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