Comportement thermomécanique des alliages métalliques

Le cahier de charges d’une piece mecanique exprime les fonctions a remplir, le role a jouer : etre leger, « resister » a la deformation, a la temperature, avoir des surfaces adaptees a un bon contact, a la resistance a la corrosion... La connaissance des materiaux, rendue objective par des modeles et des caracteristiques de comportement, est une etape necessaire prealable a tout probleme de choix. Elle necessite de prendre en consideration trois champs : la composition et la microstructure, les proprietes, et les aptitudes des materiaux ; et de relier ces champs de facon rationnelle : la science des materiaux s’interesse aux liens entre les deux premiers, le genie des materiaux cherche a rendre compte des aptitudes a partir des proprietes. Cet article a pour objectif de montrer comment la nature metallique et la microstructure des materiaux metalliques sont responsables de leur comportement thermomecanique, c’est-a-dire de leur reponse en deformation et en rupture lorsqu’ils sont soumis a l’action de contraintes et de la temperature. Bien que s’adressant plutot a des lecteurs a culture mecanicienne, fortement marquee par la mecanique des milieux continus, et le plus souvent homogenes, l’article comporte une approche microscopiste assez importante. En effet, ce serait un peu un faux debat d’opposer macroscopique et microscopique, dans la mesure ou les lois de comportement — reliant contrainte, deformation, vitesse de deformation, temperature... — ne peuvent etre exprimees correctement qu’en prenant en compte l’heterogeneite microscopique du materiau metallique. Les progres dans ce domaine ont ete considerables depuis une generation, et la formation initiale des techniciens et ingenieurs est de plus en plus ouverte a cette double demarche. On pourrait objecter avec humour, comme le fait un expert en corrosion, que « les premiers hommes ne savaient rien des phenomenes physiques ou chimiques, qu’ils utilisaient de la sorte implicitement, et qu’ils etaient parfaitement a meme d’en juger ». Et il ajoute, apres avoir rappele l’evolution de la connaissance, et le desir de « tout comprendre » jusqu’aux niveaux les plus fins, que « si cette evolution satisfait la curiosite de l’esprit, il n’est pas sur pour autant qu’elle ameliore les processus de choix des materiaux ». Il serait facile de faire remarquer que l’inverse n’est pas non plus sur. Et un sociologue fournit une piste en precisant : « L’homme ne vit pas d’informations, mais de communication, et celle-ci ne se fait pas sans intermediaire. » Dans cet article, on se propose plutot de faire une revue simple et large du « fonctionnement » des materiaux metalliques. On evitera donc de renvoyer a des references bibliographiques precises, on evitera des demonstrations lourdes. Et on renverra in fine a une documentation recente et en francais autant que possible, pour ceux qui souhaitent « en savoir plus ». Le but est d’abord de rendre le dialogue plus facile entre les acteurs concernes, ce qui n’est pas nuisible a la curiosite de l’esprit, surtout sur des materiaux que l’on est amene a mettre en œuvre. Enfin, s’interessant aux materiaux metalliques, n’oublions pas qu’ils ne sont pas les seuls : les materiaux polymeres, les materiaux composites a matrice polymere, les materiaux ceramiques, se presentent comme des concurrents, avec des atouts differents. Pour situer quelques grandes differences, on se contentera de proposer dans le tableau 1 les ordres de grandeur de quelques proprietes.