Qu’est-ce qu’un test de compression ?

Les essais de compression sont l’un des types d’essais mécaniques les plus fondamentaux, avec les essais de traction et de flexion. Les essais de compression sont utilisés pour déterminer le comportement d’un matériau sous des charges d’écrasement appliquées, et sont généralement réalisés en appliquant une pression de compression à un échantillon (généralement de géométrie cubique ou cylindrique) à l’aide de plateaux ou des montages spécialisés sur une machine d’essai universelle. Pendant l’essai, diverses propriétés du matériau sont calculées et représentées sous la forme d’un  diagramme de contrainte-déformationqui sert à déterminer des qualités telles que la limite élastique, la limite proportionnelle, le point de limite d’élasticité, la limite d’élasticité, et pour certains matériaux, la résistance à la compression.


Pourquoi effectuer un test de compression ?

Les essais de compression permettent aux fabricants d’évaluer l’intégrité et la sécurité des matériaux, des composants et des produits pendant plusieurs phases du processus de fabrication. Les applications potentielles peuvent aller de l’essai de résistance d’un pare-brise de voiture à l’essai d’endurance de poutres en béton utilisées dans la construction. Les matériaux qui présentent une forte résistance à la traction ont tendance (mais pas toujours !) à présenter une faible résistance à la compression. De même, les matériaux présentant une résistance élevée à la compression ont tendance à présenter une faible résistance à la traction. Par conséquent, les essais de compression sont souvent utilisés sur des matériaux friables tels que le béton, les métaux, les plastiques, les céramiques, les composites et les matériaux ondulés comme le carton. Ces matériaux sont souvent utilisés avec une capacité de charge où leur intégrité sous les forces de compression est critique.

Essai de compression courbe de contrainte/déformation

 

Contrairement aux essais de traction, qui sont généralement réalisés pour déterminer les propriétés de traction d’un matériau spécifique, les essais de compression sont souvent effectués sur des produits finis. Les articles courants tels que les balles de tennis, les balles de golf, les bouteilles d’eau, les étuis de protection, les tuyaux en plastique et les meubles sont autant d’exemples de produits dont la résistance à la compression doit être évaluée. Par exemple, un ingénieur peut vouloir économiser le plastique en créant des bouteilles d’eau aux parois plus fines, mais celles-ci doivent encore être suffisamment solides pour être emballées dans des palettes et empilées les unes sur les autres pour le transport. Les essais de compression peuvent aider l’ingénieur à trouver le juste équilibre entre la résistance du produit et la conservation matérielle.

Résistance ultime à la compression

La résistance ultime à la compression d’un matériau est la valeur de la contrainte de compression atteinte lorsque le matériau cède complètement. Lorsque les matériaux fragiles atteignent leur résistance ultime à la compression, ils sont écrasés et la charge diminue radicalement. Les matériaux ayant une ductilité plus élevée, (la plupart des plastiques) ne se rompent pas, mais ils continuent de se déformer  jusqu’à ce que la charge ne soit plus appliquée sur l’échantillon, mais entre les deux plateaux de compression. Dans ces cas, la résistance à la compression peut être rapportée à des déformations spécifiques telles que 1 %, 5 % ou 10 % de la hauteur initiale de l’échantillon d’essai.

Normes d’essai spécifiques à l’industrie

Il existe de nombreuses normes ASTM et ISO relatives aux tests de compression sur une variété de matériaux. Par exemple, les industries du mobilier, de l’automobile et des matelas suivent la norme ASTM D3574, qui mesure la force d’indentation de déflexion de la mousse de polyuréthane. Cet essai mesure la souplesse initiale de la mousse en mesurant la force lorsque la mousse est comprimée à 25 % de son épaisseur initiale. L’essai permet ensuite d’évaluer sa capacité de soutien en mesurant la force lorsqu’il est comprimé à 65 % de son épaisseur initiale. Les ingénieurs en sièges automobiles spécifient la valeur de déflexion de la force d’indentation de la mousse qu’ils souhaitent voir figurer dans leur produit final, et le site de fabrication effectue l’essai plusieurs fois à chaque poste de travail afin de garantir que chaque siège fabriqué offre la même sensation en termes de souplesse et de soutien.

Équipements d’essai

Les essais de compression sont réalisés sur des machines d’essai universelles. Ces machines sont disponibles sous plusieurs tailles et capacités de force différentes allant de 0,02 à 2 000 kN. La plupart des essais à faible force sont réalisés sur une machine de paillasse telle que la série 6800 d’Instron, tandis que les applications à force plus élevée nécessitent des cadres de modèles de plancher tels que ceux de la série industrielle d’Instron.

Une machine d’essai universelle doit être équipée d’un logiciel d’essai et des plateaux et accessoires spécifiques à l’application, tels que des extensomètres. Le type de matériau à tester déterminera le type d’accessoires nécessaires, et une seule machine peut être adaptée pour tester n’importe quel matériau dans sa plage de force, simplement en changeant le montage.  

Normes communes pour les essais de compression

ASTM D3574-17 - Norme des méthodes d’essai pour les matériaux cellulaires flexibles

ASTM D695-15 - Norme pour les propriétés en compression des plastiques rigides

AITM 0010 - Méthode d’essai d’Airbus pour la détermination de la résistance à la compression après impact

ASTM C109 - Norme d’essai de compression sur cubes de béton de 2 pouces

ASTM D2844 - Norme d’essai sur l’exsudation d’humidité des sols compacts

ASTM D3846 - Norme d’essai sur la résistance au cisaillement longitudinal des plastiques renforcés

ASTM D575-91 - (2012) Méthode A de la norme sur les propriétés du caoutchouc en compression

ASTM F1306 - Norme d’essai sur la résistance à la pénétration à vitesse lente des films de protection souples et stratifiés

ASTM F2267 - Norme d’essai sur l’évaluation des dispositifs de fixation de la colonne vertébrale sous compression axiale

EN12430 - Détermination du comportement sous charge ponctuelle des isolants thermiques

ISO 7886-1 - Norme d’essai des seringues hypodermiques stériles

ISO 844 - Propriétés de compression des plastiques cellulaires rigides