piston

Un piston est un composant cylindrique ou en forme de disque qui coulisse à l'intérieur d'un alésage, scellé par des segments, et transmet la force entre un fluide ou un gaz et une liaison mécanique. Dans un moteur à combustion interne, il convertit la pression d'expansion du carburant en mouvement linéaire ; dans un vérin hydraulique, il se déplace en réponse à un fluide sous pression ; dans un compresseur ou une pompe, il force le fluide ou le gaz d'une chambre à l'autre. Le piston est toujours l'élément actif, ce qui signifie que la pression agit sur lui plutôt que l'inverse.

Les pistons de moteur sont généralement en alliage d'aluminium moulé ou forgé, pesant de 300 à 900 grammes selon le diamètre de l'alésage, et se déplacent à des vitesses dépassant 20 mètres par seconde dans les applications à grande vitesse. Ils sont logés dans un alésage en acier ou en fonte appelé cylindre, équipé de rainures peu profondes près du haut qui retiennent les segments de piston : un ou deux segments de compression qui scellent la pression de combustion, et un segment racleur qui racle l'excès de lubrifiant de la paroi de l'alésage. L'articulation reliant le piston à la bielle est le point d'articulation critique, et toute usure ou désalignement à cet endroit réduit l'efficacité du moteur et génère du bruit.

Les pistons hydrauliques et pneumatiques fonctionnent sous des contraintes différentes. Un piston hydraulique dans un vérin peut supporter des pressions soutenues de 210 à 350 bars et rester presque immobile, maintenant une charge indéfiniment ; un piston pneumatique fonctionne généralement à 6 à 10 bars et est conçu pour la vitesse plutôt que pour le maintien de la charge. Les deux types doivent maintenir des jeux serrés, généralement entre 0,01 et 0,05 millimètre, pour éviter les fuites internes qui dégradent les performances. L'étanchéité est obtenue par des segments de piston ou, dans les applications plus petites ou plus lentes, par des joints en élastomère qui s'adaptent aux irrégularités mineures de la surface.

Modes de défaillance et entretien

La défaillance d'un piston de moteur résulte généralement de segments cassés, de rayures sur la jupe du piston dues à l'usure des roulements de la bielle, ou de fissures thermiques si les températures de combustion dépassent les limites de conception. Le grippage, où la surface du piston se soude microscopiquement à l'alésage, se produit lorsque le film d'huile se rompt sous une pression ou une température extrême. L'usure du piston hydraulique se manifeste par des fuites internes, une perte progressive de pression de maintien dans un vérin ; la solution est le remplacement du joint ou le rodage de l'alésage pour restaurer l'état de surface. La corrosion à l'intérieur de l'alésage, courante dans les équipements inactifs ou mal stockés, pique la surface du piston et force son remplacement.

Le terme piston vient de l'italien pistola, à l'origine une petite arme à feu, emprunté à la terminologie mécanique au XVIIe siècle ; le lien entre la force explosive de la poudre à canon et la force soudaine du gaz sous pression a donné au mot sa première traction. Aujourd'hui, l'ingénierie des pistons reste très spécialisée : les pistons automobiles sont optimisés pour le poids et la dilatation thermique ; les pistons de moteurs diesel marins privilégient la durabilité ; les pistons de compresseurs sacrifient la finition pour la résistance à la corrosion. Comprendre le cycle de service et la pression nominale d'un piston est essentiel avant de choisir un remplacement ou de dépanner des performances médiocres.