🔩 L'essai de traction
Comment sait-on qu'un acier S235 résiste à 235 MPa ? On le torture ! On serre une éprouvette entre deux mors et on tire, tout doucement, jusqu'à ce qu'elle casse. Choisis ton matériau, regarde la courbe se tracer, décharge l'éprouvette en pleine déformation… et découvre pourquoi la fonte casse comme du verre alors que le cuivre s'étire comme du chewing-gum.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Au début, la courbe est une droite : c'est le domaine élastique, où σ = E·ε. Si tu relâches l'effort, l'éprouvette reprend exactement sa longueur initiale.
- Pour l'acier S235, la courbe fait un petit palier (le palier de Lüders) : la limite d'élasticité est nette. L'aluminium et le cuivre passent en douceur au domaine plastique : on définit alors Rp0,2, la contrainte qui laisse 0,2 % de déformation permanente (coche « Zoom » pour voir la construction).
- Après la limite d'élasticité, il faut augmenter l'effort pour continuer à déformer : c'est l'écrouissage. Au sommet de la courbe (Rm), l'éprouvette commence à se creuser en un point : c'est la striction, et l'effort chute jusqu'à la rupture.
- Une décharge se fait toujours en ligne droite, avec la pente E : il reste une déformation permanente. À la recharge, le matériau ne replastifie qu'à la contrainte atteinte avant la décharge : il a été durci par l'écrouissage.
- La fonte grise casse net, sans striction, avec moins de 1 % d'allongement : c'est un matériau fragile. Le polyamide forme une striction qui se propage tout le long de l'éprouvette (étirage à froid).
Expériences à faire
- Compare l'acier S235 et l'acier 42CrMo4 : ont-ils le même module d'Young ? La même limite d'élasticité ? Lequel est le plus ductile ?
- Décharge l'acier à ε = 10 % : quelle part de la déformation disparaît ? Pourquoi est-elle si petite comparée à la déformation permanente ?
- Coche « Courbe rationnelle » : pourquoi la contrainte vraie σ(1 + ε) continue-t-elle de monter alors que la contrainte conventionnelle F/S0 plafonne ?
- L'aluminium est trois fois moins rigide que l'acier, mais sa limite d'élasticité est proche de celle du S235 : quel est l'intérêt de l'aluminium dans un avion ? Choisis ensuite ✏️ Mon matériau et entre le titane Ti-6Al-4V (E = 114 GPa, Rp0,2 = 880 MPa, Rm = 950 MPa, Ag = 8 %, A = 14 %) : que gagne-t-on ?
- Pourquoi n'utiliserait-on jamais de fonte grise pour un crochet de levage, alors qu'on en fait des bâtis de machines-outils ?
Le cours derrière l'animation
- Contrainte et déformation conventionnelles : σ = F/S0 (en MPa = N/mm²) et ε = ΔL/L0. Éprouvette proportionnelle : L0 = 5,65 √S0 (par défaut d0 = 10 mm, S0 = 78,5 mm², L0 = 50 mm : tu peux les changer).
- Loi de Hooke dans le domaine élastique : σ = E·ε, avec E ≈ 210 GPa pour les aciers, 69 GPa pour l'aluminium, 117 GPa pour le cuivre. La contraction latérale vaut εt = −ν·ε (coefficient de Poisson ν ≈ 0,3).
- Grandeurs mesurées : limite d'élasticité Re (ReH/ReL s'il y a un palier, sinon Rp0,2), résistance à la traction Rm = Fmax/S0, allongement après rupture A = ΔLu/L0 et striction Z = (S0 − Su)/S0. Le S235 garantit ReH ≥ 235 MPa : un essai réel donne en général un peu plus.
- Décharge élastique depuis un point (εD, σD) du domaine plastique : la déformation résiduelle vaut εp = εD − σD/E.
- Courbe rationnelle (tant que la déformation est uniforme, avant Rm) : σvraie = σ·(1 + ε) et εvraie = ln(1 + ε), car le volume se conserve pendant la déformation plastique. Les courbes de l'animation sont des modèles ajustés sur des valeurs typiques d'essai (palier de Lüders, loi de Ramberg-Osgood ε = σ/E + 0,002·(σ/Rp0,2)n).
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