G uide d achat. Les machines d essais mécaniques ESSAIS DE TRACTION, COMPRESSION, FLEXION

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1 G uide d achat ESSAIS DE TRACTION, COMPRESSION, FLEXION Les machines d essais mécaniques Lors de la conception ou de la fabrication d un nouveau produit, il est bien souvent nécessaire d en contrôler les caractéristiques mécaniques : sa résistance à la rupture, sa réponse à une sollicitation statique ou dynamique, ses caractéristiques d élasticité, ou encore ses limites en compression. Pour cela, on utilise des machines d essais mécaniques. Employées en laboratoire ou en production, elles permettent, suivant les accessoires utilisés, de réaliser des essais de traction, de compression ou de flexion. Pour choisir la machine d essais la mieux adaptée à l application, il faut prendre en compte de nombreux critères. Parmi eux, la nature du matériau à contrôler et le type de sollicitations que l on souhaite appliquer sont déterminants En laboratoire de recherche ou en production, les machines d essais mécaniques sont souvent incontournables. Destinées à une très large variété d applications, elles permettent aussi bien d évaluer le comportement d un nouveau matériau lorsqu il est soumis à une sollicitation mécanique, que de contrôler la résistance à la rupture d un produit fini. Parmi les différents types d essais mécaniques, l essai de traction est le En bref Il existe sur le marché une vaste panoplie de machines d essais mécaniques. Les machines d essais de traction, compression et flexion se distinguent notamment par leur capacité, leurs espaces de travail, et les accessoires proposés. Le choix dépendra notamment de la nature du matériau, de ses dimensions, et du type de sollicitations que l on souhaite lui appliquer. plus répandu. Il consiste à soumettre l éprouvette ou le produit fini à une force de traction et à mesurer l allongement correspondant à la charge appliquée. L essai se déroule alors en trois phases : la déformation élastique (réversible), la déformation plastique (irréversible) et la rupture de la pièce. Les machines d essais de traction se composent généralement d un bâti rigide, constitué d une Zwick ou de deux colonnes de guidage et de deux traverses horizontales (l une fixe, l autre mobile). La traverse mobile et le plateau de base sont dotés de mâchoires entre lesquelles on attache la pièce à tester. Le plus souvent, le même bâti peut aussi être utilisé pour réaliser des essais de compression. Il suffit pour cela de remplacer les accessoires de serrage de la pièce par des outils adaptés à ce type d essai (tels que des plateaux de compression). Quant à l essai de flexion, il peut être considéré comme un essai de compression un peu particulier. Dans ce cas, la pièce ne prend pas appui sur un plateau dans l axe d application de la charge, mais sur des appuis excentrés formant un banc de flexion. Au lieu de mesurer l allongement de la pièce, comme dans le cas d un essai de traction, on mesure alors la déformation (ou flèche) correspondant à la charge appliquée Enfin, on peut même ajouter à certaines machines de traction une tête de torsion, pour réaliser des essais combinés de traction et torsion. Si l on s arrêtait là, le choix d une machine d essais se limiterait à la sélection d un bâti, d un système d entraînement et des accessoires appropriés. Seulement voilà... Étirer une mèche de cheveux pour tester l efficacité d un soin capillaire ou contrôler la rigidité d une poutre métallique destinée à la construction ne requiert pas du tout le même type de machines... Avant de faire son choix, il faut prendre en compte toutes les contraintes de l application et se poser de multiples questions : Quelle est la nature du matériau? A-t-on une idée de la force à laquelle il sera soumis? A-t-on besoin d en mesurer précisément la déformation? A quelle vitesse et à quelle fréquence se déroulera l essai? Utilisera-t-on la machine dans un laboratoire de recherche ou en production? Souhaite-t-on associer la sollicitation mécanique à un essai en température? Quel type de résultats recherche-t-on? A-t-on besoin d un pilotage manuel ou automatique? Ce sont ces questions, et d autres encore, qui permettent de bien cerner son besoin. Pour y répondre, il faut prendre en compte des critères très spécifiques. 86

2 Adamel Lhomargy La capacité de la machine. Premier élément permettant de décrire une machine d essai, la capacité correspond à la charge maximale que l on peut appliquer. La plupart des fournisseurs proposent des machines dont la capacité s échelonne (en standard) de 1 à 300 kn. Si l essentiel des besoins du marché se situe dans cette fourchette, près de la moitié des fabricants vont plus loin et proposent des machines dites de haute capacité (jusqu à kn chez Testwell, par exemple, ou kn chez Zwick, pour ne citer qu eux). A ces produits standards s ajoutent des gammes de machines spécifiques dans lesquelles tout est possible, ou presque. «Nous avons ainsi vendu une machine d essais d une capacité de kn», indique Audrey Vieira, responsable support ventes chez Zwick. Le choix dépend essentiellement du type de matériau que l on souhaite contrôler. Les modèles de très faible capacité (jusqu à 1 kn) sont essentiellement destinés aux essais sur plastiques ou caoutchoucs souples (films plastiques, joints toriques, etc.), ainsi qu au papier, aux colles et à certains produits alimentaires. Les machines de charge moyenne (de 5 à 50 kn) sont quant à elles utilisées pour contrôler des plastiques rigides ou semi-rigides (flacons d emballage, par exemple), des pièces en caoutchouc, des métaux minces, ainsi que certains matériaux composites. Enfin, pour tester les composites les plus rigides, les matériaux métalliques (fers d armatures, barres et plaques en acier, etc.) ou encore le béton, on choisira des machines de grande capacité (100 kn et au-delà). Seul écueil à éviter, «la tentation de choisir par facilité une machine de haute capacité, en se disant qu elle pourra aussi convenir pour les plus faibles charges, souligne François Vergon, directeur général délégué de Controlab. Il faut savoir en effet qu une machine de capacité élevée pourra certes s adapter à une plus large variété d applications, mais qu elle sera aussi moins précise dans les faibles valeurs qu une machine de capacité inférieure». La structure du bâti. Le type de machine (modèle de table ou au sol) et le nombre de colonnes de guidage qu elle comporte sont pratiquement imposés par la valeur de la capacité. Pour réaliser un essai à faible charge, il suffit le plus souvent d utiliser une machine monocolonne. Le reste du temps, on emploie des machines à deux colonnes, voire à quatre colonnes dans des applications plus spécifiques. C est le cas par exemple du modèle 25CX BOX-C de Testometric (commercialisé en France par Adamel Lhomargy). La machine, destinée aux essais de résistance à la compression de caisses, est en effet équipée de quatre colonnes de guidage, quatre vis à billes et quatre capteurs, afin d assurer un parallélisme optimal des deux plateaux de compression au cours de l essai (et donc une répartition uniforme de la charge). Les machines de faible capacité correspondent aussi, le plus souvent, à des modèles de table relativement peu encombrants. Mais pas toujours. Certains fournisseurs proposent en effet des machines de faible capacité pouvant être montées sur pieds pour faciliter l accès à l espace de travail (notamment pour les utilisateurs handicapés). On trouve aussi des tables de support réglables en hauteur pour un plus grand confort de l utilisateur. Les vraies machines de sol offrent quant à elles une conception différente des machines de table. Elles se distinguent bien sûr par les dimensions de leur espace de travail, mais aussi par leur robustesse. Pour supporter des charges importantes, le bâti d une machine de sol est en effet constitué d un matériau plus rigide qu une machine de table. Chez Zwick, par exemple, on utilise de l acier (à la place du profilé aluminium employé pour les machines de table). Les dimensions du cadre formé par les colonnes, la traverse mobile et le plateau de base déterminent l espace de travail. Dans le cas des machines monocolonne, la largeur de l espace de travail est donc théoriquement illimitée (même s il existe en pratique des limites sur le poids et l encombrement des pièces à tester). Il en est de même pour la profondeur de l espace de travail d une machine bicolonne. Notons enfin qu il existe des machines bicolonnes dans lesquelles la traverse supérieure fixe, la traverse mobile et la base permettent de délimiter deux espaces de travail distincts. Cette particularité ne manque pas d intérêt. «Elle permet par exemple de délimiter un espace de traction et un espace de compression, puis d utiliser l un ou l autre sans avoir à démonter à chaque fois tous les accessoires», précise Mme Vieira (Zwick France). Le type d entraînement. Pour assurer le mouvement des parties mobiles de la machine, il existe essentiellement deux types d entraînement : l entraînement électromécanique (basé sur des vis à billes) et l entraînement hydraulique (basé sur des vérins hydrauliques). «Cela correspond à deux philosophies très différentes», prévient Christophe Zinck, directeur du département essais mécaniques chez Testwell. Du fait qu elles sont basées sur un entraînement électrique, les machines électromécaniques sont peu bruyantes et ne nécessitent quasiment pas d entretien. Autres avantages, un encombrement relativement faible et une précision de positionnement importante. En revanche, ce type d entraînement est surtout présent sur des machines de moyenne capacité, et parfois sur des machines de haute capacité, mais on le trouve rarement au-dessus de kn. Les machines hydrauliques, au contraire, permettent d atteindre des capacités supérieures et, au besoin, de réaliser des essais de fatigue (à une fréquence de l ordre de plusieurs hertz). Pour certains fournisseurs, ce type d entraînement se distingue aussi par sa Testwell 87

3 Les machines de traction/compression Fabricant (Représentant) Modèle* Type de machine Capacité DeltaLab EM550 4 colonnes 50 kn Erichsen Hoytom (Controlab) Unimat Plus 050 Unimat Plus 052 Unimat 05X C TCF0352 à TCF0360 TCF0345 à TCF0351 TCF004 à TCF006 Jusqu à 2 kn Jusqu à 5 kn ou au sol, Jusqu à 200 kn kn ou au sol, bicolonne kn kn Instron ,5 kn kn kn JFC JFC-TC5 5 kn Larson Lloyd Instruments (groupe Ametek) SDHT 110lb SDHT lb LF Plus 0,489 kn 3,3 kn 1 kn de l espace de travail H : H : 650 mm P : 50 mm H : 800 mm L : 300 mm H : H : mm L : 315/460 mm P : 310/510 mm H : mm L : 430/475 mm P : 465/650 mm H : mm L : mm P : 832/ H : 651 mm P : 100 mm H : mm L : 420 mm H : mm L : 575 mm H : 550 mm P : 100 mm H : 300 mm L : 50 mm P : 50 mm H : 450 mm L : 150 mm P : 150 mm H : 650 mm L : 350 mm Course traverse Résolution déplacement** 720 mm 0,1 mm 880 mm 0,1 mm 0,05 mm 250 mm ou mm 600 ou 900 mm Plage de vitesse (mm/min) Fréquence d acquisition / de transmission du bâti en mm Poids 0, x600x kg 0, (acquisition) 0, (acquisition) 0, khz 0,1-150 ou 0, ,1-300 ou 0, ou x310x kg 1 020x495x kg De 1 045x495x35 à 2 200x1 000x900 De 45 à 850 kg 1 500x640x310 ou 2 150x720x /300/680 kg 1 500x740x465 ou 2 600x915x /1 200/2 500 kg 2 800x1 350x1 000 ou 3 980x1 166x /7 500kg 482 mm 0, x382x kg mm 0, x909x kg mm 0, x1 307x kg 550 mm 0,1 mm 279 mm 330 mm 500 mm < 2 µm 0, Hz 0, khz 800x300x kg 150x150x kg 350x350x kg 923x500x kg * Nous avons demandé aux différents fournisseurs de choisir trois modèles qui leur semblent représentatifs de leur gamme. L offre présentée n est donc pas exhaustive. ** Par capteur de déplacement intégré à la traverse mobile Modèles autonomes fonctionnant sans PC Applications et remarques Machine électromécanique de traction, compression et flexion destinée à l enseignement Essais statiques et pseudo-dynamiques de traction/compression sur tous types de pièces et matériaux. Faible encombrement. Entraînement électrique Essais statiques et pseudo-dynamiques de traction, compression, flexion, sur tous matériaux. 2 espaces d essai disponibles Machines robustes conçues pour le contrôle qualité et la qualification de produits. Essais statiques et pseudodynamiques de traction, compression, flexion, sur tous matériaux Pour essais simples et répétitifs ne nécessitant pas une grande course. Pilotage par PC ou console. Traction, compression, flexion sur matériaux métalliques, composites, céramiques... Pilotage par PC ou console. 2 espaces d essai. Traction, compression, flexion sur matériaux métalliques, plastiques, composites, élastomères, etc. Ex. : mesures quasi-statiques, cyclages lents... Machine servo-hydraulique pilotée par PC. 2 espaces d essai. Traction, flexion, compression, dureté sur matériaux métalliques, plastiques, composites, etc. Robustesse élevée Essais de traction, compression, flexion, sur tous types de matériaux Essais de traction, compression, flexion, sur tous types de matériaux Essais de traction, compression, flexion, sur tous types de matériaux Essais de traction, compression, flexion, sur tous matériaux. Nombreux accessoires optionnels Machine manuelle. Essais de traction/ compression sur ressorts ou autres composants élastiques. Interface RS232 Machine manuelle. Essais de traction/ compression sur ressorts ou autres composants élastiques. Sortie RS232. Cellule de force interchangeable (de 9 N à 9 kn) Traction, compression et flexion sur tous matériaux et produits finis. Service technique accrédité Cofrac Essais. Autres courses en option 88

4 Les machines de traction/compression (suite) Fabricant (Représentant) Lloyd Instruments (groupe Ametek) Mecmesin (ACRN) Modèle* LR 5K Plus LR 150K Plus Multitest 1kN informatique Multitest 10kN process Multitest 25kN informatique Type de machine Capacité 5 kn 150 kn 1 kn 10 kn 25 kn Metrotec MTT100 1 kn DMD DMS kn kn MTS Systems Insight 1 1 kn Insight 5 Insight kn 100 kn Techlab Systems MT N Test CDM01/5 Série Validator kN 2 guidages 5 kn Jusqu à 300 kn 400 kn de l espace de travail H : mm H : mm L : 620 mm H : 590 mm P : 67 mm H : mm H : mm H : 750 mm P : 160 mm H : 500 mm L : 440 mm H : 750 mm P : 104 mm H : mm L : 405 mm H : mm L : 650 mm H : 400 mm P : 160 mm H : 140 mm L : 150 mm P : 150 mm H : mm L : mm P : < mm H : mm L : 650 mm P : 740 mm Course traverse Résolution déplacement** < 0,1 µm mm < 0,04 µm 500 mm ± 960 mm ± 950 mm ± 750 mm 0,02 mm mm 250 ou 500 mm 750 mm < mm < mm < 400 mm 0,02 mm 140 mm 0,02 mm mm 0,02 mm mm Plage de vitesse (mm/min) 0, khz 0, khz , pts/s pts/s pts/s Fréquence d acquisition / de transmission 0, (réglable) 0, (réglable) 0, (réglable) pts/s pts/s pts/s 500 du bâti en mm Poids 1 555x800x kg 2 480x1 500x kg H : 940 mm 19 kg H : mm 110 kg H : mm 140 kg 360x380x920 50kg 720x500x2 100 de 230 à 750 kg 1 140x490x kg 1 600x650x kg 2 440x1 133x kg 360x380x kg 380x450x kg Jusqu à 1 950x1 500x3 000 et kg 1 070x2 500x kg Applications et remarques Traction, compression et flexion sur tous matériaux et produits finis. Service technique accrédité Cofrac Essais. Autres courses en option Traction, compression et flexion sur tous matériaux et produits finis. Service technique accrédité Cofrac Essais. Autres courses en option Essais statiques et dynamiques de traction et compression sur emballages (flacons, blister, bouteilles ). Piloté par PC. Faible capacité Essais statiques et dynamiques de traction et compression. Machine autonome avec unité d affichage utile en ligne de production Essais statiques et dynamiques de traction et compression. Machine pilotée par PC Essais de traction, compression, flexion sur matériaux souples (papiers, plastiques, petites pièces). Modèle autonome sans PC Traction, compression, flexion sur tous matériaux ou pièces. Machine avec 2 colonnes de guidage et 2 vis à billes précontraintes Traction, compression, flexion sur tous matériaux ou pièces finies. Machine à vis centrale. Deux colonnes de guidage Traction, compression, flexion, torsion (avec accessoires) ou cyclage, sur tout matériau ou pièce finie Traction, compression, flexion, torsion (avec accessoires) ou cyclage, sur tout matériau ou pièce finie Traction, compression, flexion, torsion (avec accessoires) ou cyclage, sur tout matériau ou pièce finie Essais de traction, compression, flexion sur matériaux souples (emballages). Machine autonome Essais de compression et flexion sur papier, cartons, emballages. Machine autonome Essais statiques/cycliques de compression et flexion sur produits finis, emballages, etc. Essais de compression sur pièces de grandes dimensions Traction, compression, flexion sur composants, matériaux métalliques, plastiques, ressorts, composites, polymères, céramiques. 2 espaces d essais. Pilotage par PC ou console * Nous avons demandé aux différents fournisseurs de choisir trois modèles qui leur semblent représentatifs de leur gamme. L offre présentée n est donc pas exhaustive. ** Par capteur de déplacement intégré à la traverse mobile Modèles autonomes fonctionnant sans PC 89

5 simplicité et sa robustesse. D autres, en revanche, estiment qu il trouve vite ses limites, notamment en termes d entretien. «Il faut notamment remplacer les flexibles et vidanger régulièrement le groupe hydraulique, indique M. Zinck. De plus, les machines hydrauliques sont beaucoup plus bruyantes, ce qui nécessite souvent de les isoler, et elles requièrent un système de refroidissement. Enfin, la course utile des vérins hydrauliques est souvent inférieure à la course d une machine électromécanique». Pour des besoins classiques (tels que des essais statiques en environnement peu bruyant), mieux vaut donc s orienter vers des machines électromécaniques. «L hydraulique, plus cher, sera quant à lui privilégié lorsqu on doit réaliser des essais dynamiques, ou pour des essais statiques à charge élevée», précise Thierry Domnesques, directeur commercial de la marque Lloyd Instruments (groupe Ametek). «Ce type d entraînement est davantage réservé à des besoins spécifiques, confirme M. Zinck. C est ainsi qu on le trouve, par exemple, dans les machines à deux espaces d essai. Mais il existe aussi des industriels qui le préfèrent à l électromécanique et l utilisent par simple conviction, même pour des besoins classiques». Dans certaines gammes de produits, on peut aussi trouver des variantes de ces deux grands principes. C est le cas par exemple chez Zwick, qui propose des machines hybrides, dans lesquelles les tiges de piston servent en même temps de colonnes de gui- Les machines de traction/compression (suite) Fabricant (Représentant) Test Testometric (Adamel Lhomargy) Tinius Olsen (JFC) Modèle* kN 106.2kN M250-2,5 AT 25CX BOX-C FS300 CT H150KU Type de machine Capacité 50 kn 2 kn 2,5 kn 4 colonnes 25 kn 300 kn 150 kn H25KS 25 kn Zwick Roell BDO-FB0.5TS 500 N Z100 Z2000H 100 kn kn de l espace de travail H : P : 530 mm H : 700 mm L : 270 mm P : 420 mm H : mm L : 200 mm P : 200 mm H : L : P : H : 480 mm L : 480 mm P : 480 mm H : mm L : 660 mm H : 720 mm P : 100 mm H : 590 mm P : 100 mm H : mm L : 630 mm H : 600 mm L : 850 mm Course traverse Résolution déplacement** 700 mm mm mm 720 mm 480 mm 0,226 µm mm 600 mm 1,25 µm Plage de vitesse (mm/min) Fréquence d acquisition / de transmission 0, khz max. 0, khz max. 0, khz max. 0, , du bâti en mm Poids 650x1370x kg 270x980x kg 590x450x kg 1 420x1 020x kg 1 100x750x kg 2 440x1 133x kg 1 200x450x kg 0, De 100 à 500 Hz 749x228x kg 0, Applications et remarques Traction, compression, flexion sur composants, matériaux métalliques, plastiques, ressorts, composites, polymères, céramiques. Pilotage par PC ou console Essais de traction/compression sur composants, matériaux métalliques, plastiques, ressorts, composites, polymères, céramiques. Pilotage par PC ou console Traction, compression, flexion sur papier, plastiques, textiles, ouate de cellulose, etc. Ecran tactile pour prise en main aisée en autocontrôle Traction, compression, flexion. Contrôle de résistance à la compression de caisses. Station optionnelle pour essais sur carton ondulé. Machine équipée de 4 capteurs, 4 guidages et 4 vis à billes Traction, compression, flexion sur une grande gamme de matériaux. Essais en température. Station additionnelle pour essais dans une gamme de force plus faible Traction, compression, flexion sur tout matériau ou pièce finie. Précision sur la mesure de force de ± 0,5 %, de 0,2 à 100 % de la capacité du capteur Traction, compression, flexion sur tout type de pièce ou de matériau. Capteurs de force au choix de 5 N à 25 kn Extensométrie. Enceinte thermique. Utilisable sans PC. Livraison en 2 semaines. Ex. d applications : plastiques, médical, agroalimentaire De 100 à 500 Hz 2 espaces de travail. Extensométrie. Enceinte thermique. Profilés avec rainures en T. Utilisable sans PC. Ex. d applications : plastiques, textiles, métallurgie, automobile, industrie Jusqu à 200 De 100 à 500 Hz 4 200x1 400x905 2 espaces de travail. Extensométrie. Enceinte thermique. Ex. d applications : métallurgie, automobile, aérospatial * Nous avons demandé aux différents fournisseurs de choisir trois modèles qui leur semblent représentatifs de leur gamme. L offre présentée n est donc pas exhaustive. ** Par capteur de déplacement intégré à la traverse mobile Modèles autonomes fonctionnant sans PC 90

6 dage (dans ce cas, l entraînement hydraulique n est pas positionné au centre de la traverse supérieure, mais de part et d autre de l espace d essai). Une particularité qui permet notamment d obtenir une meilleure précision de positionnement, et un plus faible encombrement. Statique ou pseudo-dynamique? Si les machines destinées aux essais de traction, compression et flexion sont des machines d essais statiques, il est toutefois possible, dans une certaine limite, de les utiliser pour réaliser des essais dynamiques (dans lesquels la pièce est sollicitée en fréquence). Mais contrairement aux machines d essais dynamiques proprement dites, que l on utilise par exemple pour réaliser des essais de fatigue (au-delà de 10 Hz), ces machines sont limitées à 1 ou 2 Hz (la vitesse d application de la charge étant limitée par la vitesse de déplacement de la traverse mobile ). A cette fréquence-là, certains fournisseurs parlent encore de sollicitations statiques. D autres préfèrent le terme d essais pseudodynamiques, d autres encore celui de sollicitation cyclique ou de fatigue oligocyclique. «On utilise ce type de sollicitations pour des essais de flexion de ressorts, par exemple, ainsi que pour des essais de connecteurs, ou encore pour des tests d ouverture/fermeture de systèmes», précise Jean-Michel Vignot, directeur commercial d Erichsen. Mais attention, «si une machine électromécanique doit toujours faire le même mouvement sur une très faible course et à sa fréquence maximale, il y aura à terme un manque de graissage des vis à billes et une usure accélérée de la mécanique. Dans ce cas, mieux vaut utiliser une machine à entraînement hydraulique, ou, mieux encore, une machine d essais dynamique», indique Mme Vieira (Zwick France). «Les machines d essais de traction, compression et flexion ne sont pas adaptées aux essais très répétitifs, confirme M. Vergon (Controlab). Il faut pour cette application utiliser des machines dynamiques, tout en sachant que ce sera plus cher». Qui fait quoi? Fabricant (Représentant) Traction compression Torsion Réalisations spécifiques Machines universelles Caritec Non Non Non Non Rénovation de machines de traction/dureté DeltaLab Oui Oui Oui Oui Traction, compression, flexion, fluage Erichsen Oui Non Oui Oui. Gamme de bâtis de 2 à 200 kn Traction, compression, flexion Hoytom (Controlab) Hoytom Oui* Non Oui Oui. Traction, compression, flexion, dureté (avec extensomètres manuels ou automatiques) Autres Machines conçues pour l enseignement Non Résilience : moutons pendule pour essais Charpy et Izod, analogiques ou numériques, pilotés (ou pas) par PC Non Non Non Moutons pendules pour essais selon Charpy et Izod Instron Oui* Oui Oui Oui Oui JFC Oui* Oui Oui Oui Machines d essai au choc type résilience et mouton pendule, ou autres Larson Lloyd Instruments (groupe Ametek) Mecmesin (ACRN) Oui Oui Non Machines d essai de ressorts en traction et compression (monocolonnes ou bicolonnes) Oui Non Oui Machines universelles pour tests de traction, compression, flexion, fluage, relaxation Oui Oui Non Non Non Metrotec Oui* Non Oui Oui. Traction, compression, flexion, pelage, cisaillement MTS Systems Oui* Oui Oui Oui. Machines de traction, compression, flexion, pelage Machines de traction/compression spécifiques pour pièces de très grande taille (câbles de plus de 10 m de longueur, tuyaux de plus de 700 mm de diamètre) Machine hydraulique, modernisation de machines d essai, résilience, dureté, appareils spécifiques aux emballages, automatisation de laboratoire Machines servo-hydrauliques pour essais de fatigue, bancs d essai, d endurance, machines spéciales Techlab Systems Oui Non Oui Non Equipements d essais spécifiques aux emballages, automatisation de laboratoire, modernisation de presse pour cartons, simulateur transport Test Testometric (Adamel Lhomargy) Tinius Olsen (JFC) Oui* Oui Oui Oui. Machines à 1 ou 2 espaces d essais. Option flexion avec banc de flexion Machines monocolonnes 1-5 kn, petites machines motorisées ou manuelles de quelques N à kn Oui Non Oui Oui Machines d essai au choc, modèles spécifiques grande largeur, résistance à la compression de caisses, machines multipostes Oui* Non Non Oui Machines d essai au choc type résilience et mouton pendule Zwick Roell Oui* Oui Oui Machines électromécaniques/hydrauliques avec nombreux accessoires (mâchoires de traction, plateaux de compression, bancs de flexion, etc.) *dont machines hautes capacités (> 300 kn) Machines de fatigue, vibrophores, mouton-pendule, machines de dureté, d emboutissabilité, fluidimètre, presse à découper, etc. 91

7 Course et vitesse. La course et la vitesse de déplacement de la traverse mobile sont des critères déterminants dans le choix d une machine d essais. Là aussi, tout dépend du type de matériau que l on souhaite tester, et de l essai que l on réalise. «Certains matériaux nécessitent une course très importante. Le latex, par exemple, s allonge à plus d un mètre!», souligne M. Domnesques (Lloyd Instruments). Dans ce domaine, la plupart des fournisseurs proposent un choix assez large pour répondre à toutes sortes d applications. Les modèles TCF d Hoytom (commercialisés en France par Controlab), par exemple, offrent des courses de traverse allant jusqu à mm. On les utilise en particulier pour réaliser des essais de traction d élastomères. D autres fournisseurs proposent aussi des versions rehaussées de leur machine, avec des courses supérieures à celle des modèles classiques (pour des essais de traction sur des feuilles plastiques ou des textiles présentant de grands allongements). Et si le standard ne suffit pas, il est toujours possible de se tourner vers le spécifique. Lloyd Instruments, par exemple, a ainsi déjà vendu une machine spéciale d une capacité de 100 kn avec une course de 4,60 mètres Quant à la vitesse de déplacement de la traverse, on trouve, là encore, de quoi satisfaire à tous les besoins. Si l on souhaite réaliser des essais normalisés, mieux vaut s assurer auparavant que la machine d essais permet bien de respecter les normes voulues (avec les vitesses de déplacement prévues dans les normes). Autre précaution à prendre, ne pas négliger la précision de la vitesse (exprimée en pourcentage de la vitesse de consigne) qui peut être parfois très différente d une machine à l autre. Enfin, la vitesse de la traverse est un critère important en cours d essai, mais aussi après l essai, car c est elle qui détermine le temps Et la torsion? S il n existe que peu de machines spécifiquement réservées à la traction, à la compression ou à la flexion, la torsion constitue, quant à elle, un domaine à part, avec des fournisseurs et des utilisateurs spécifiques. La plupart des modèles sont des machines au sol de construction horizontale ou verticale. Pour bien choisir, il faudra là aussi prendre en compte de nombreux critères, tels que la capacité (valeur de couple maximale), la gamme de vitesse de rotation, la précision sur la mesure de couple et sur la mesure d angle, ainsi que les dimensions maximales des pièces. Lloyd Instruments (Ametek) au bout duquel la machine sera revenue dans sa position initiale. Si l on doit réaliser des essais à grande cadence, il faut donc examiner ce critère avec une attention particulière. Capteur de déplacement ou extensomètre? Pour mesurer la déformation de la pièce au cours de l essai, il existe deux méthodes très différentes. Le plus souvent, on utilise le capteur de déplacement qui est intégré, dans toutes les machines d essais, à la traverse mobile. Ce capteur permet de mesurer le déplacement de la traverse et, indirectement, l allongement de la pièce (dans le cas d un essai de traction). La mesure indirecte de la déformation convient à de nombreux essais de traction, compression ou flexion, en particulier lorsque les pièces présentent un fort allongement. Mais elle souffre d une limite. Du fait qu il est placé sur la traverse, le capteur de déplacement mesure en réalité la déformation de toute la chaîne de mesure (pièce, accessoires de serrage, traverse, etc.). La méthode ne convient donc pas lorsqu on recherche une précision importante, ou lorsqu il s agit de mesurer de très faibles déformations (c est le cas notamment avec des matériaux métalliques). Pour pallier cette limite, certains fournisseurs proposent d utiliser un extensomètre pour mesurer directement l allongement de la pièce. La mesure directe, imposée dans certaines normes d essais, est plus précise. «Dans certains domaines (c est le cas notamment de la métallurgie), elle est incontournable», précise Mme Vieira (Zwick France). Les fabricants qui fournissent cette solution proposent généralement une large gamme d extensomètres (capteurs capacitifs, LVDT, jauges, capteurs laser, systèmes vidéo, etc.). Pour bien choisir, il faut prendre en compte de nombreux critères. Le type de matériau, en particulier, est déterminant. «Si l on cherche à mesurer l allongement d un film plastique, par exemple, il faudra forcément opter pour un extensomètre sans contact», souligne M. Domnesques (Lloyd Instruments). Dans ce cas, on utilisera par exemple un extensomètre laser ou vidéo. Avec des matériaux métalliques ou des polymères durs, en revanche, le contact entre le capteur et la pièce n est pas gênant. Dans ce cas, on pourra par exemple utiliser des jauges de contraintes. Le choix du capteur dépend aussi de l allongement du matériau (il existe ainsi des extensomètres dotés d une course allant jusqu à un mètre, pour des essais sur caoutchoucs), de la température à laquelle se fait l essai, et de la résolution attendue. Enfin, toutes les solutions ne présentent pas la même facilité d utilisation. Si l on utilise un extensomètre vidéo, par exemple, il faudra auparavant placer des repères à la surface de l échantillon... A moins d opter pour l extensomètre vidéo OptiXtens de Zwick, qui permet de se passer des marquages (voir notre n 749 de novembre 2002 page 11). Les essais en température. Si la plupart des essais s effectuent à température ambiante, il existe aussi des applications où l on a besoin de soumettre la pièce à des sollicitations à la fois mécaniques et thermiques. C est le cas notamment dans la plasturgie, l aéronautique ou l automobile. Pour cela, certaines machines d essais sont équipées en option d enceintes thermiques. Cette option était réservée par le passé aux machines bicolonnes. Elle est désormais présente aussi sur quelques modèles monocolonne. «Il n est donc plus nécessaire de s équiper d une machine bicolonne simplement pour avoir la possibilité d utiliser une enceinte thermique, alors que l on pourrait se contenter d une machine de faible capacité», souligne Mme Vieira (Zwick France). Reste ensuite à considérer la température maximale ou minimale de l enceinte, l homogénéité de la distribution en température, et la simplicité d installation. Les enceintes les moins coûteuses sont fixes, d autres peuvent glisser sur un rail de guidage pour être utilisées (ou pas) en fonction des besoins. Il faut enfin s assurer, si l on choisit de mesurer la déformation à l aide d un extensomètre, que ce dernier peut fonctionner dans la gamme de température prévue lors de l essai (ou qu il est doté d un système de compensation thermique). Il en est de même pour les outillages. Les mâchoires, en particulier, 92

8 offrent des plages d utilisation en température différentes suivant le principe de serrage utilisé (mécanique, hydraulique, etc.). PC ou pas? La plupart des machines d essais sont actuellement dotées d un système de pilotage automatique (le pilotage manuel devenant alors une option). Dans ce cas, la machine est associée à un PC qui permet de rentrer les différents paramètres d essais, de visualiser les résultats en temps réel, de les enregistrer, et éventuellement d effectuer des calculs statistiques. Le logiciel joue alors un rôle déterminant. «Lorsque deux machines d essais présentent des caractéristiques similaires, c est souvent le logiciel qui fera la différence», estime Mme Vieira (Zwick France). Mais là encore, il faudra faire des choix Si certains fournisseurs proposent un logiciel standard, adapté à tout type d essais, d autres fournissent en effet de véritables boîtes à outils orientées métier, avec des programmes déjà paramétrés suivant le type d application et conformes aux normes en vigueur. On trouvera aussi des outils plus ou moins ouverts, avec des niveaux de programmation différents suivant le type d utilisateur et des accès protégés par mots de passe. Enfin, certaines machines peuvent être pilotées à distance via une télécommande, qui permet d effectuer les réglages nécessaires et de déclencher les essais. Les machines autonomes, quant à elles, sont le plus souvent associées à une console de pilotage. Celle-ci intègre parfois un petit écran de contrôle (pour visualiser les valeurs de force et de déplacement) et un clavier (pour entrer les paramètres d essai). Certaines permettent l enregistrement d un certain nombre de résultats et de procédures d essais, d autres sont simplement dotées d une interface RS232 (pour transmettre éventuellement les résultats à un PC). Les critères de choix sont donc multiples : la présence, ou pas, d un écran d affichage, la possibilité d afficher la courbe force/déplacement ou les seuls résultats numériques, le nombre de résultats ou de procédures que l on peut sauvegarder, la possibilité d imprimer les résultats, etc. «Tout dépend de l utilisation que l on fait de la machine, résume M. Vergon (Controlab). Si elle est destinée à être utilisée en atelier par un personnel de production qui n a pas de formation spécifique et souhaite simplement s assurer que le produit est conforme, nous conseillerons plutôt d utiliser une console de pilotage, avec éventuellement un affichage. Si au contraire l utilisateur souhaite réaliser des essais relativement complexes en laboratoire, et exploiter les courbes qu il a obtenues pour en retirer de nombreux paramètres (module d Young, limite élastique, etc.), il lui faudra utiliser un pilotage par PC. De même s il a besoin d éditer des rapports complets ou d être en réseau». Outre ces différents critères, de nombreux autres paramètres rentrent en compte dans le choix d une machine d essais. C est le cas notamment des accessoires qui sont proposés avec la machine. Suivant les fournisseurs, on trouve ainsi une gamme plus ou moins large d outillages : des mâchoires mécaniques, pneumatiques et hydrauliques, des plateaux de compression de toutes formes, simples ou aérés (pour les pièces en mousse), des bancs de flexion à deux, trois ou quatre points, des têtes de torsion, le tout avec des systèmes de montage plus ou moins simples ou rapides à mettre en œuvre. Attention aussi aux différents capteurs de force proposés (leur capacité doit en effet être adaptée aux contraintes de l application) et à leur classe de précision. Autres critères, la rigidité du bâti à pleine charge, un élément particulièrement important sur les machines de haute capacité (audelà de 200 kn), ainsi que les différents dispositifs de protection qui sont éventuellement proposés (portes de protection verrouillées pour séparer l utilisateur de la zone d essai, sécurité des capteurs en cas de surcharge, sécurités logicielles pour éviter les erreurs de manipulation, etc.). Par ailleurs, il faudra aussi prendre en compte, en environnement peu bruyant, le niveau de bruit de la machine d essais à vitesse maximale (indiqué dans la plupart des documentations techniques). Et bien sûr le prix, qui peut Controlab Instron s étaler de à euros pour des machines allant de 1 à 300 kn Choisir une machine d essais, c est enfin choisir un fabricant. Et ils sont nombreux. Nous avons ainsi répertorié une quinzaine de fournisseurs sur le marché français, dont quelques incontournables (Zwick, Instron, MTS Systems ou encore Lloyd Instruments pour ne citer qu eux). Comment les différencier? «Nous sommes comparables à des grands fabricants automobiles, estime M. Domnesques (Lloyd Instruments). Nous proposons tous des voitures fonctionnelles, qui sont toutes pratiquement au même prix, et qui offrent les mêmes équipements. Ce qui nous distingue, c est tout ce qui est autour : certaines options, le niveau de service proposé et la qualité de la relation avec le client». C est ainsi, par exemple, que certains fournisseurs proposent d apporter la machine d essais sur site pour que leurs clients puissent réaliser des essais de faisabilité avec leurs propres pièces. Ils misent aussi sur le conseil associé à la vente, et sur leur expérience dans ce domaine. Chaque gros fabricant a aussi, historiquement, un cœur de métier qui lui est propre. Lloyd Instruments, par exemple, est plutôt spécialisé à l origine dans l emballage, la pharmacie et les cosmétiques. Zwick a quant à lui plutôt commencé dans l industrie métallurgique, MTS Systems dans la plasturgie, et Instron s est surtout fait connaître dans les écoles et universités. Certains fournisseurs ont enfin une forte activité dans la modernisation de machines d essais, d autres se distinguent par leur accréditation Cofrac Marie-Line Zani-Demange Les machines d essais se composent le plus souvent de deux colonnes et de deux traverses (l une fixe, l autre mobile). Entre la traverse mobile et la plaque de base sont fixées deux mâchoires auxquelles on attache la pièce à tester. 93