La résilience est la capacité d'un matériau à absorber l'énergie d'un choc en se déformant (déformation rapide). On distingue les matériaux fragiles (céramiques, certains aciers et plastiques), des matériaux ductiles (beaucoup de métaux et de plastiques). Les matériaux fragiles, comme le verre, peuvent avoir un domaine élastique (déformation réversible) plus ou moins important, mais pas de domaine plastique (déformation permanente). Beaucoup de matériaux (mais pas les céramiques) possèdent un domaine élastique et un domaine plastique. Il en est ainsi des aciers de construction (bâtiment, machines, appareils à pression) qui sont normalement exploités dans leur domaine élastique mais peuvent se déformer au maximum jusqu'à 20 % (aciers de charpentes) ou 30 % (cas des aciers inoxydables austénitiques) avant de se rompre. D'autres aciers spéciaux utilisés en mécanique n'ont pas de domaine plastique et cassent « comme du verre » dès que leur limite d'élasticité est atteinte. L'étendue de ces domaines est très fortement liée aux conditions de température, tel un caramel selon qu'il sort du congélateur ou qu'il a chauffé sur un radiateur. Un acier donné n'aura pas la même résilience à qu'à . Ainsi, on associe toujours une valeur de résilience (on parle plus précisément de résistance à la flexion par choc) à une température donnée ( à ). La résilience désigne aussi la capacité d'un matériau à reprendre sa forme initiale après déformation ; une propriété utilisée pour la lame contact d'un thermostat qui se déforme suite à l'élévation de température et revient à sa forme initiale à température normale. Dans le cas des matériaux fragiles, la résilience est caractérisée par l'énergie nécessaire pour déformer et rompre le matériau lors d'un choc par un objet percuteur. Dans le cas des matériaux élastomères, l'éprouvette n'est pas rompue, la résilience est caractérisée par la proportion d'énergie restituée à l'objet percuteur qui rebondit à la suite du choc.

Résilience des aciers Norme Pendant longtemps, il y a eu en France deux normes distinctes pour lessai de résilience Charpy de l'acierNF A 03-56, novembre 1978 et lessai de flexion par choc de l'acier sur éprouvette bi-appuyée (entaille en V)NF A 03-161, juin 1978. Depuis , il n'y a plus qu'une seule norme, valable dans toute l'Union européenne, Matériaux métalliques – Essai de flexion par choc sur éprouvette CharpyNF EN 10045-1, indice de classement A 03-011. À l'occasion de la procédure de révision périodique, cette norme a été confirmée récemment. Son texte est à la base de la norme internationale .

On peut aussi citer la norme ASTM E23-96 qui, en plus de l’essai Charpy classique, décrit l’essai de résilience Izod. Dans l’essai Izod, l’éprouvette a une longueur de (au lieu de pour l’éprouvette Charpy) et l’entaille en V est pratiquée à de l’une des extrémités. L’autre extrémité est encastrée verticalement jusqu’au niveau de l’entaille (d’où la désignation de ). Un couteau de choc spécial vient frapper la face entaillée à l’extrémité libre.

Essai de résilience Le tableau suivant liste quelques exemples d'essai de résilience :

Technique Méthode Répartition descontraintes Vitesse(m/s) Longueur del'éprouvette(mm) Position del'éprouvette Pendulaire Choc-tractionUniaxiale Charpy Triaxiale355Sur deux appuis Izod Triaxiale2 - 4475Encastrée Non pendulaire Chute d'une masseBiaxiale1 - 4

Essai Charpy SourceD’après le Courrier technique de l’OTUA, 64..

La définition de l'essai Charpy, encore communément appelé l'« essai de résilience », a eu en 2001. Dès l'origine, il s'agissait de caractériser le comportement des métaux dans un essai de flexion par choc sur barreaux entaillés. Georges Charpy a contribué à rendre l'essai quantitatif et reproductible et a développé la machine d'essai correspondante. Les moutons-pendules actuels sont toujours construits sur le modèle décrit par Charpy en 1904, avec quelques variantes.

Officiellement le terme de résilience est réservé à l'énergie de rupture obtenue avec une éprouvette à entaille en U et divisée par la section sous entaille. Après avoir été exprimée en , elle a été notée KCU et exprimée en . , cette notion et cette notation sont complètement abandonnées au profit de la notion dénergie de rupture, une manière abrégée de désigner l'''énergie absorbée par la rupture en flexion par choc sur éprouvette Charpy.

Certains puristes voulaient réserver l'appellation Charpy à l'éprouvette avec entaille en U, mais les normes actuelles considèrent que cette appellation s'applique aussi bien aux éprouvettes avec entaille en U qu'en V. Malgré cela, parler de résilience quand il s'agit d'une valeur en joules obtenue avec une éprouvette entaillée en V est un abus de langage. Pour éviter tout malentendu il vaut donc mieux renoncer à employer le terme de résilience. C'est loin d'être le cas dans la pratique, où du fait de la généralisation de l'essai sur éprouvette à entaille en V, on parle encore beaucoup d'essai de résilience Charpy V et de résilience KV. Pour réconcilier les « anciens » et les « modernes », on peut considérer que la résilience est une qualité de l'acier, dont le synonyme était la ténacité avant l'avènement de la mécanique de la rupture, et que sa mesure est lénergie de rupture''.

Une éprouvette entaillée est placée sur deux appuis. Le pendule est lâché d’une hauteur déterminée de façon à frapper l’éprouvette avec une vitesse entre . La hauteur de remontée du pendule après le choc permet de déterminer l’énergie nécessaire pour rompre l’éprouvette.

Désignation des aciers en fonction de leur résilience La norme NF EN 10025 définit la désignation des aciers de construction non alliés.

Elle a la forme : Lettre - Nombre - Symbole 1 - Symbole 2.

Exemple : S 275 J2 désigne un acier de construction générale ayant une résistance élastique de et une résilience minimale garantie de à .

Le symbole 1 définit la résilience minimale garantie de l'acier à une température donnée.

+ Symbole 1Résilience/TempératureJRJ0J2J3J4J5J6KRK0K2K3K4K5K6LRL0L2L3L4L5L6

Résilience et hystérésis d'un élastomère

La résilience, souvent exprimée en pourcentage, d'un élastomère soumis à des efforts périodiques est égale, d'après la norme ASTM, au rapport de l'énergie restituée après déformation, à l'énergie fournie pour déformer l'élastomère.

L'hystérésis, en %, est le taux d'énergie perdu par période de déformation, soit 100 moins le taux de résilienceDu Pont de Nemours International S.A., Elastomer Chemicals Department, « Le langage du caoutchouc », 1963, 178, Genève, .

Références

Voir aussi Articles connexes

Cindyniques Vulnérabilité (sécurité) Sécurité Risque Risque majeur

Autres

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