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La fatigue est un phénomène conduisant à la rupture d'un matériau sous l'action de contraintes cycliques, répétées ou alternées dont la valeur maximale est inférieure à la résistance à la traction du matériau. Les paramètres de la fatigue sont le nombre de cyles, le type et la composition du matériau et l'intensité de la charge appliquée.

Sommaire 1 Mécanisme 2 Fatigue-corrosion 3 Solutions 4 Exemples

[] Mécanisme

Lorsque l'on exerce une contrainte monotone (par exemple une traction) sur une pièce métallique, celle-ci commence à s'endommager par déformation plastique, à partir d'une contrainte appelée limite élastique. En théorie, il suffirait de rester en dessous de cette contrainte pour éviter l'endommagement de la pièce ; dans la pratique, on prend souvent un coefficient de sécurité important, par exemple on étudie la pièce de sorte qu'elle ne subisse jamais, en conditions normales d'utilisation, une contrainte supérieure à la moitié de la limite élastique.

Cependant, on a localement des concentrations de contrainte, essentiellement :

• aux angles vifs de la pièce, aux entailles ;
• aux trous : perçage, ou encore pore (microbulle, défaut du matériau) ;
• aux précipités (points durs à l'intérieur de la matière).

On dépasse donc localement la limite élastique, et l'on a donc un écrouissage ; le matériau se durcit

Si les contraintes sont répétées (contraintes cycliques), à partir d'un certain moment, la zone écrouie devient trop dure et ne peut plus encaisser les déformations même faibles : une fissure s'amorce. Puis, chaque fois que la contrainte se répète, la fissure s'aggrandit, et cela mène rapidement à la rupture de la pièce.

Si l'on observe la surface de rompue au microscope, on a un faciès typique : on voit des stries globalement parallèles, correspondant à la propagation de la fissure à chaque sollicitation, puis une zone d'arrachement, correspondant à la rupture finale.

Globalement, le temps de germination de la fissure peut représenter jusqu'à 90 % de la durée de vie de la pièce, la propagation de la fissure ne représente alors que 10 %. Il est important de comprendre que durant 90 % de la durée du phénomène, on ne voit strictement rien, il se produit juste une modification de la structure interne du métal.

[] Fatigue-corrosion

Le phénomène de fatique peut être agravé par la corrosion : un matériau résistant très bien à la fatigue et très bien à la corrosion dans un milieu donné, peut se rompre de manière catastrophique sous l'effet combiné de la fatigue et de la corrosion.

Voir l'article détaillé Fatigue-corrosion.

[] Solutions

La prévention de la rupture par fatigue repose essentiellement sur deux point :

• la conception de la pièce (design) :
  • réduction des concentrations de contrainte : éviter les angles vifs, préférer les arrondis, utiliser des trous larges, polir la surface pour éviter les aspérités ;
  • choix du matériau : préférer des métaux peu alliés pour éviter la présence de précipités (compromis à trouver avec les autres propriétés nécessaires) ;
• surveillance des pièces sensibles et changement préventif.

[] Exemples

• Aviation : les avions sont soumis à des contraintes cycliques décolage-montée-descente-atterrissage ; ceci est agravé par des conditions d'utilisation spécifiques, comme pour les avions bombardiers d'eau
• fracture des os par fatigue chez les sportifs ;
• rupture d'un crochet de levage de charges.

 

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La source est wikipedia http://fr.wikipedia.org/wiki/Fatigue (matériau)