fluage à froid

Le fluage à froid est la déformation lente et irréversible d'un matériau sous contrainte constante à température ambiante ou modérément élevée, sans que le matériau n'atteigne son point de fusion ni même ne s'en approche. Contrairement au fluage à haute température, qui est dû à la diffusion atomique et au glissement aux joints de grains, le fluage à froid se produit par des mécanismes tels que le mouvement des dislocations, la transformation de phase induite par la contrainte ou, dans les polymères, la relaxation des chaînes moléculaires. Le matériau se déforme plastiquement au fil du temps, même si la contrainte appliquée peut être bien inférieure à la limite d'élasticité conventionnelle.

Dans les polymères, le fluage à froid est la principale préoccupation. Les plastiques, les élastomères et les composites présentent tous une déformation dépendante du temps sous charge à température ambiante. Un tuyau en polyéthylène sous pression interne soutenue se dilatera progressivement en diamètre ; un support de lentille en polycarbonate s'affaissera sous son propre poids au fil des mois ou des années ; les joints en silicone se comprimeront et perdront leur force d'étanchéité. Le taux dépend du type de polymère, de la cristallinité, de la température, du niveau de contrainte et de l'humidité. Les résines polyester fluent plus vite que les époxys ; les matériaux amorphes fluent plus que les matériaux semi-cristallins.

Métaux et alliages non ferreux

Les métaux et alliages à bas point de fusion subissent un fluage à froid à température ambiante. Le plomb, l'étain et leurs alliages sont des coupables notoires. Une soudure au plomb soumise à des vibrations mécaniques ou à des cycles thermiques se déformera plastiquement au fil du temps. Les alliages d'aluminium, en particulier ceux utilisés dans les applications aérospatiales, peuvent fluer de manière notable à des températures modestes si la contrainte est suffisamment élevée. L'effet s'aggrave à mesure que la température augmente, mais reste significatif dans des conditions ambiantes pour les matériaux sensibles. Le cuivre recuit fluera sous tension soutenue ; le cuivre écroui y résiste mieux.

Le fluage à froid devient problématique dans les applications où la stabilité dimensionnelle ou l'intégrité structurelle doit être maintenue. Les coussinets de palier en bronze ou en aluminium s'useront en ellipses sous charge. Les blocs de mesure de précision ou les cales étalons dériveront de leur tolérance sur des décennies si la charge est constante. Les joints d'étanchéité perdent de leur efficacité à mesure que le matériau se comprime. En électronique, des whiskers d'étain peuvent se former et croître au fil des ans en raison de la relaxation des contraintes dans les revêtements d'étain pur. La sélection des matériaux et les stratégies de précontrainte (telles que l'application d'une compression initiale) peuvent atténuer le problème.

Le terme « froid » est relatif : il signifie simplement que le processus se produit sans chauffage externe et sans approcher la température de fusion du matériau. Dans les milieux industriels, le fluage à froid est souvent étudié par des essais de fluage en traction menés à contrainte fixe et à température ambiante sur plusieurs jours ou semaines, avec des mesures périodiques du changement dimensionnel. Il est distinct de la relaxation de contrainte, dans laquelle la contrainte diminue sous déformation constante. Ces deux phénomènes sont importants dans les applications à long terme telles que les joints, les garnitures d'étanchéité, les fixations et les composants polymères porteurs de charge.