bimétal

Un bimétal est une bande ou un objet composite fabriqué à partir de deux métaux différents liés ensemble sur toute leur longueur ou surface, presque toujours de l'acier et un métal non ferreux tel que le laiton, le bronze ou l'invar. La liaison est permanente et métallurgique, réalisée par laminage, brasage ou soudage par explosion selon l'application et la résistance requise. Les deux métaux conservent leurs propriétés matérielles distinctes tout en fonctionnant comme une seule unité.

Le but fondamental d'un bimétal est d'exploiter la dilatation thermique différentielle. Lorsqu'ils sont chauffés, les deux métaux se dilatent à des vitesses différentes car ils ont des coefficients de dilatation différents. Ce décalage crée une contrainte mécanique qui fait plier ou dévier la bande dans une direction et une amplitude prévisibles. L'acier se dilate moins que le laiton, donc un bimétal acier-laiton se courbera vers le côté acier lorsqu'il est chauffé. Cette propriété rend les bimétaux inestimables en tant que capteurs de température et interrupteurs automatiques.

Applications courantes et construction

Les thermostats bimétalliques sont le cas d'utilisation classique : la bande est formée en spirale ou en poutre en porte-à-faux et connectée à un contact électrique. Lorsque la température augmente, le bimétal fléchit et ouvre ou ferme un circuit. Les fours industriels, les chauffe-eau, les unités de réfrigération et les dispositifs de protection des moteurs reposent tous sur ce principe. L'appariement des métaux et l'épaisseur de la bande sont choisis de manière à ce que la déflexion se produise dans une plage de température spécifique et étroite. Un bimétal conçu pour se déclencher à 65 degrés Celsius ne se déclenchera pas à 64 degrés.

Moins connus mais tout aussi importants sont les bimétaux utilisés dans les applications de compensation. Dans les instruments de précision, les horloges et les jauges, des bandes bimétalliques sont incorporées pour contrecarrer la dilatation thermique indésirable dans d'autres parties du mécanisme. Un balancier en acier dans une horloge mécanique se dilatera avec la chaleur et perdra de sa précision ; un système de compensation bimétallique se courbe juste assez vers l'intérieur pour restaurer le rayon effectif et maintenir la stabilité de la mesure du temps malgré les variations de température.

La force de la liaison entre les deux métaux est critique. Une mauvaise adhérence entraîne une délamination sous l'effet des cycles thermiques ou des contraintes mécaniques, détruisant l'utilité du composant. Les bimétaux industriels doivent également résister à la corrosion à l'interface, en particulier dans les environnements humides ou chimiques. Les rapports d'épaisseur et la sélection des alliages varient considérablement ; un bimétal thermostatique peut avoir une épaisseur de 0,5 mm et contenir de l'invar (un alliage nickel-acier à dilatation minimale) associé à du laiton, tandis que les applications structurelles peuvent utiliser des matériaux plus épais avec des appariements différents.