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METALLURGIE.

par LUDOVICUS, le 05/04/2018 à 11:21 - 1506 visites

S.V.P.
Existe t il un phénomène de fatigue intrinsèque des métaux - hormis la corrosion- ?
Si une structure en métal est bien entretenue, dans le temps, en particulier pour tous les éléments extérieurs, connait t elle un phénomène d'usure , qui serai du à la structure moléculaire interne de ce métal ?
Ce qui me fait penser à cela, c'est de voir que la Tour Eiffel , à Paris, est suivie régulièrement et entretenue rigoureusement en ce qui concerne la structure extérieure, en particulier contre la corrosion,mais on ne mentionne jamais la fatigue interne éventuelle du métal en tant que tel ! Serait elle éternelle, en cela ?

Réponse du Guichet du savoir

par gds_db, le 07/04/2018 à 11:21

Bonjour,

Vieillissement, fatigue, fluage, usure, abrasion, corrosion, ... les métaux sont soumis à divers processus potentiels de dégradation tout au long de leur vie.

Le terme de vieillissement désigne l'évolution (généralement défavorable) des propriétés d'un matériau au cours du temps par interaction en volume avec un facteur physique environnant. Dans le cas des matériaux métalliques, le vieillissement favorise la précipitation, sous forme de minuscules parcelles, de phases métastables (formes cristallines structurellement différentes des formes structurelles principales présentes initialement dans un état non défini), avec, généralement, une augmentation de la résistance mécanique et de la dureté, et une diminution de la ténacité, de la ductilité et de l'élasticité.

Bien que la distinction soit parfois difficile, le terme de corrosion désigne plus spécifiquement une dégradation et / ou une perte de matière par réaction chimique du matériau avec son environnement, réaction qui se produit en surface de la pièce considérée. Le matériau perd alors ses propriétés d'origine.
Les agents chimiques attaquant le métal sont par exemple les agents atmosphériques (cas des infrastructures routières et ferroviaires, des charpentes), l'eau sous forme liquide ou vapeur (cas des navires, des chaudières, des turbines, des installations de dessalement de l'eau de mer, des canalisations) et les produits chimiques (cas des industries chimiques, papetières, alimentaires).
La corrosion (oxydation) est un phénomène naturel qui conduit les matériaux métalliques à retourner à leur état natif. Depuis la naissance de la métallurgie (quelques milliers d'années avant J.-C.), le travail de l'homme a constitué à réduire les oxydes pour les transformer en métal (bauxite pour l'aluminium, hématie pour le fer...). Toutefois certains matériaux ne sont pas sensibles à l'oxydation. On les retrouve à l'état natif dans la nature (Or). la corrosion (du latin codere qui signifie ronger), conduit à une dégradation irréversible des matériaux et des structures. [...] Elle peut prendre de multiples formes [...]

L'usure est une perte de matière d'origine mécanique, consécutive au mouvement relatif de deux surfaces solides en contact.

La fatigue des matériaux est le processus désignant de façon générale un changement de structure permanent, localisé et progressif, apparaissant dans une matière soumise à des contraintes et à des déformations variables et répétées. Ce processus peut conduire à des dommages ou une rupture complète du matériau. C'est le résultat de la propagation de fissures sous l'effet de contraintes cycliques d'origine mécanique, thermique ou électromagnétique.
La tenue à la fatigue d'un matériau est approchée par l'étude de son comportement sous l'action de sollicitations répétées insuffisantes individuellement pour provoquer la rupture.

Le fluage désigne le phénomène de déformation d'un matériau dans le temps, lorsqu'il est soumis à une charge fixe appliquée de façon constante et indéfinie. Généralement indésirable, il constitue souvent le principal facteur limitant la durée de vie d'une pièce. Le matériau peut adopter un comportement viscoélastique ou viscoplastique. Le paramètre principal influençant ce comportement est la température.

sources :
- Dictionnaire encyclopédique des sciences des matériaux / Emilian Koller
- Précis des matériaux / Michel Dequatremare, Thierry Devers
- Aide-mémoire de science des matériaux / Michel Dupeux


" Construite en 1889 pour l’Exposition universelle, la tour devait à l’origine être détruite au bout de 20 ans. Mais si elle a tenu jusqu’à maintenant, c’est grâce aux propriétés du fer dont elle est composée : le fer dit « puddlé » -utilisé à l’origine pour ferrer les chevaux- est souple comme du bois et résistant comme de l’acier. Mais surtout, Eiffel avait anticipé la durée de vie de son monument. Il voulait que sa tour fasse définitivement partie du paysage parisien. "
source : RFI

" Le puddlage consiste à traiter la fonte pour lui faire perdre une partie de son carbone, le rendant moins sujet à la corrosion. C'est un procédé d'affinage qui utilise des déchets de l'industrie métallurgique appelés "scories" (des blocs métalliques plus ou moins gros rejetés par les techniques précédentes et qui sont ici utilisés pour absorber le carbone). On parle de "décarburation".
La technique consiste à faire chauffer la fonte à très haute température et à la mélanger aux scories de la façon la plus homogène possible, même si le résultat obtenu sera partiellement remis en cause lors du forgeage, qui va étirer le fer obtenu et donc modifier la concentration de carbone dans chaque pièce. Le mélange est effectué par un puddleur, en charge de cette tache. Il a à sa disposition un crochet très allongé, le "ringard", pour faire le mélange. Quand il estime avoir suffisament traité la fonte il en ressort du fer en fusion, dit "fer puddlé". Ce fer est ensuite forgé et remis aux industriels pour leurs travaux. Dans le cas de la tour Eiffel un des intérêt était que la faible teneur en carbone rendait le fer moins sujette à la corrosion. "
source : Merveilles du monde

" Ses 7 300 tonnes de charpente métallique sont quotidiennement soumises à la fois aux charges d’exploitation et aux aléas climatiques. Pour pérenniser l’édifice, prévu, à l’origine, pour durer 20 ans, la Société d'exploitation de la tour Eiffel (Sete) a souhaité élaborer un schéma directeur de maintenance et disposer d’un outil d’aide à la décision afin de déterminer l’impact des différentes contraintes sur la structure.
La tour Eiffel va bien
La première étape a consisté à évaluer l’état général de la construction grâce à des analyses chimiques, des examens micrographiques et des essais mécaniques. La peinture, la corrosion et les assemblages rivetés ont également été expertisés.
Résultat : la dame de fer se porte bien !
Un recueil de l’ensemble des données disponibles, incluant les données des archives originales de Gustave Eiffel et les documents établis lors des différentes modifications, a été réalisé.
Un tour de force
Le modèle numérique a été créé à partir d’une description géométrique filaire de la structure et de ses caractéristiques mécaniques issues des essais.
Réalisé par le Cetim dans le cadre d’un partenariat avec Dekra Industrial, il permet de simuler le comportement de la tour en fonction des efforts qu’on lui applique (effet du vent, de la neige, des visiteurs, des opérations de maintenance, des modifications, etc.).
Un tour de force qui a visiblement satisfait les responsables de la tour. De fait, le modèle obtenu permet non seulement d’assurer la sécurité de l’édifice, mais offre aussi la possibilité à la Sete d'optimiser la maintenance, de prévenir des risques et … de prolonger encore la vie de ce monument. "

Vous l'aurez compris, l'effort est porté non seulement sur la lutte contre la corrosion et autres attaques chimiques du temps mais aussi sur les actions mécaniques qui pourraient fragiliser notre belle dame de fer. Pour aller plus loin : Ponts métalliques ferroviaires : maintenance, pathologie, réparation.

Pour plus d'information, vous pouvez contacter directement le Cetim (Centre technique des industries mécaniques)
Service Question Réponse
Tél. : 03 44 67 36 82
sqr@cetim.fr


Bonne journée.
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