L'époque où les produits étaient mis sur le marché sans avoir été préalablement testés est révolue. Dans l'industrie moderne, aucun produit n'est commercialisé sans avoir subi des tests spécifiques. Parmi ceux-ci, les essais de choc thermique et de cycles thermiques comptent parmi les plus courants. Cependant, la question de savoir s'il vaut mieux recourir à des essais de choc thermique ou à des essais de cycles thermiques fait souvent l'objet de débats.
Il est intéressant de noter que beaucoup pensent que ces deux essais sont identiques, car ils consistent tous deux à chauffer un matériau ou un produit. Or, c'est une erreur, car ces deux essais sont distincts et fournissent des informations spécifiques sur les produits. Ils sont utilisés sur des produits exposés à la fois à des températures élevées et à des températures basses, mais de manière totalement différente. Dans cet article, je vais aborder les différences entre les essais de choc thermique et les essais de cycles thermiques.
Qu'est-ce qu'un essai de choc thermique ?
Le recours aux essais de choc thermique est courant dans de nombreux secteurs d'activité. Toutes les pièces destinées à être utilisées dans des conditions de températures variables sont soumises à ces essais.
Les essais de choc thermique consistent à exposer un matériau (échantillon) à deux températures extrêmes. L'échantillon est d'abord soumis à des températures très élevées. Il est ensuite exposé à des températures très basses (jusqu'à -40 °C). Ce changement brusque de température, passant d'une valeur très élevée à une valeur très basse, peut provoquer des contraintes internes dans l'échantillon. Si le matériau est résistant, il ne se fissurera pas et ne se brisera pas, ce qui prouve sa durabilité et sa fiabilité.
Comme vous le savez, certaines pièces sont soumises à la fois à des températures très élevées et à des températures très basses. Il est essentiel qu’elles offrent de bonnes performances dans ces conditions de températures extrêmes. Si le matériau n’a pas fait l’objet d’essais préalables, il risque de présenter des défaillances lorsqu’il est exposé à de telles températures extrêmes. C’est là que les essais de choc thermique s’avèrent particulièrement utiles.
Cet essai de choc thermique est réalisé dans un chambre de choc thermique. Il existe différents types de chambres de choc thermique. Cependant, ce sont les chambres à deux zones qui sont le plus souvent utilisées pour les essais. La pièce ou le matériau à tester est placé dans le bac. Ce bac achemine le matériau vers une zone où la température est trop élevée (jusqu'à 150 °C).
Au bout d'un certain temps, la benne se déplace, transférant la matière vers une autre zone où la température est très basse. Celle-ci peut être négative, de l'ordre de -40 degrés Celsius. Ce changement brusque de température, passant d'une valeur extrêmement élevée à une valeur extrêmement basse, affecte la matière. Celle-ci subit à la fois une dilatation à haute température et une contraction à basse température.
Si le matériau est résistant, il peut supporter à la fois la dilatation et la contraction sans se fissurer ni s'abîmer. Il est soumis à ces températures extrêmes à de nombreuses reprises. Les matériaux qui réussissent l'essai de choc thermique sont considérés comme fiables et résistants. Ils peuvent supporter des changements brusques de température et sont prêts à être utilisés dans des conditions réelles.
Qu'est-ce qu'un essai de cycles thermiques ?
Les essais de cycles thermiques et les essais de choc thermique ne sont pas identiques. Le choc thermique consiste à soumettre un matériau à des variations extrêmes de température. En revanche, les essais de cycles thermiques visent à soumettre le matériau à des contraintes et à la fatigue.
Les essais de cycles thermiques consistent à exposer un matériau à des températures à la fois très élevées et très basses. Cependant, contrairement aux essais de choc thermique, la température n’est pas augmentée brusquement. Au contraire, elle est augmentée progressivement, puis diminuée progressivement. Ce processus est répété plusieurs centaines de fois. Un matériau fragile commence à se fissurer en raison de ces fluctuations constantes de température.
En termes simples, cet essai consiste à soumettre les matériaux à des cycles répétés de chauffage et de refroidissement. Il expose également le matériau à des températures extrêmement élevées (120–125 °C) et à des températures extrêmement basses (-40 °C). Cependant, ces variations de température ne se produisent pas brusquement. Au contraire, la température augmente et diminue lentement, soumettant ainsi le matériau à la fatigue et à des contraintes.
Dans ce test, un chambre d'essai environnemental On utilise alors une chambre de cyclage thermique. Le produit ou le matériau à tester est placé dans cette chambre. L'opérateur augmente ensuite progressivement la température. Cette augmentation de température provoque la dilatation des matériaux. Au bout d'une durée déterminée, l'opérateur réduit lentement la température, puis la ramène à -40 °C.
Ces essais consistent en des centaines de milliers de cycles d'augmentation et de diminution de la température. Ces légères variations de température n'exposent pas le matériau à un choc thermique. En revanche, elles provoquent des contraintes et une fatigue dans le matériau. Si le matériau est fiable, il résiste à la fatigue et ne présente aucun signe d'usure, même après des centaines de cycles.
Une fois l'essai terminé, l'ingénieur analyse minutieusement l'état du matériau. Tout signe de fissure indique que le matériau doit être amélioré. Cet essai est largement utilisé dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de l'électronique et dans de nombreuses autres industries. Les pièces qui réussissent cet essai sont utilisées pour fabriquer divers produits qui s'avèrent très fiables.
Différences entre l'essai de choc thermique et l'essai de cycles thermiques
Comme nous l'avons vu plus haut, les essais de choc thermique et les essais de cycles thermiques ne sont pas identiques. Bien qu'ils impliquent tous deux des températures élevées et basses, cela ne signifie pas pour autant qu'ils soient identiques. Dans la section ci-dessous, vous découvrirez leurs principales différences.
1- Taux de variation de la température
La vitesse de variation de la température est un aspect important de ces deux essais. Lors des essais de choc thermique, la température varie très rapidement. Dans un premier temps, le produit est exposé à des températures très élevées (extrêmes). Puis, la température chute brusquement en quelques secondes, exposant le produit à une température très basse. Cette fluctuation de température se produit en quelques secondes.
En revanche, les essais de cycles thermiques impliquent des variations de température progressives. Le produit est progressivement exposé à des températures élevées, jusqu’à atteindre la limite maximale. Après un certain temps, la température est réduite lentement. Cette variation lente et progressive de la température soumet les produits à des contraintes et à une fatigue.
2- Objectif des essais et exposition thermique
Les essais de choc thermique sont réalisés afin de déterminer comment un matériau se comporte lorsqu'il est exposé à des variations brusques et extrêmes de température. Dans cette méthode, le produit est soumis à des températures extrêmes (aussi bien basses qu'élevées). Si un produit est fragile et soumis à des températures extrêmes, sa fragilité devient évidente.
D'autre part, un essai de cycles thermiques est réalisé afin d'évaluer l'ampleur des contraintes répétées auxquelles le matériau est soumis. Lorsque la température varie progressivement, le matériau est soumis à des contraintes. Cet essai est effectué sur plusieurs centaines de cycles, exposant ainsi le matériau à des contraintes répétées. Si le matériau se fissure, cela signifie qu'il n'est pas fiable sous l'effet de contraintes répétées et qu'il doit être amélioré.
3- Intensité et durée du stress
Les essais de choc thermique et de cycles thermiques diffèrent en termes d'intensité et de durée de la contrainte. Lors d'un choc thermique, la température varie très rapidement. Elle atteint d'abord une température très élevée, puis chute à une température extrêmement basse. Le matériau est ainsi soumis à une contrainte de forte intensité. Cependant, la durée de la contrainte est courte, car la température varie rapidement.
En revanche, l'intensité des contraintes lors des essais de cycles thermiques est faible. Cela s'explique par le fait que le changement de température s'opère lentement et progressivement. En revanche, la durée de la contrainte est longue lors de ces essais.
4- Méthode de transfert et simulation en conditions réelles
Les essais de choc thermique consistent à faire passer brusquement le matériau d'une température extrêmement élevée à une température très basse. Comme je l'ai indiqué plus haut, l'essai est réalisé dans une chambre de choc thermique composée de deux compartiments. Le matériau est placé dans un bac qui l'introduit dans un compartiment chaud, où il est ainsi exposé à une température extrêmement élevée. Ensuite, le bac se déplace immédiatement pour acheminer le matériau vers un compartiment à basse température.
Ce transfert de matière d'une température élevée à une température basse s'effectue en quelques secondes. Cela simule les conditions dans lesquelles la matière passe rapidement d'une valeur extrêmement élevée à une valeur très basse. Un essai de cycles thermiques est réalisé dans une seule chambre où la température augmente et diminue. Il n'est pas nécessaire de transférer le matériau d'une chambre à une autre. Cela reproduit les conditions dans lesquelles le matériau est soumis à des fluctuations de température extrêmes qui évoluent lentement.
5- Vitesse d'essai et nombre de cycles
Un essai de choc thermique est plus adapté pour évaluer la rapidité. Pourquoi ? En effet, cet essai implique un changement brusque de température, passant d'une température extrêmement élevée à une température extrêmement basse. Si le produit est fragile, il commence à présenter des signes de fissuration dès les premiers cycles. Cet essai de choc thermique est donc rapidement terminé. De plus, il nécessite moins de cycles.
En revanche, un essai de cycles thermiques prend plus de temps, car il implique une variation progressive de la température. La température augmente d'abord lentement, puis diminue encore plus lentement. De plus, cet essai comporte un plus grand nombre de cycles, c'est-à-dire des centaines. Il est impossible de prédire le résultat en se basant uniquement sur quelques cycles dans cette méthode d'essai.
6- Type d'équipement utilisé et conception de la chambre
Les essais de choc thermique sont réalisés dans des chambres de choc thermique spécialisées. Ces chambres existent en différents modèles. Parmi celles-ci, on trouve notamment les chambres de choc thermique à deux zones, chambres de choc thermique à trois zones, etc. Ces chambres comportent des sections ou des compartiments spécifiques destinés respectivement au chauffage et au refroidissement.
Elles se composent d'un bac qui contient le matériau et qui se déplace ensuite du compartiment chaud vers le compartiment froid. À l'inverse, les essais de cycles thermiques sont généralement réalisés dans une chambre climatique à zone unique. Les hausses et les baisses de température ont toutes lieu dans cette même chambre climatique. Sur le plan de la conception, une chambre de choc thermique se compose de deux ou trois compartiments.
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce qu'une chambre de choc thermique ?
La chambre de choc thermique est un appareil d'essai. Elle se compose de deux zones destinées respectivement au chauffage et au refroidissement du produit testé. Ces appareils peuvent atteindre sans difficulté des températures extrêmes.
Quel essai est le plus exigeant : le choc thermique ou les cycles thermiques ?
L'essai de choc thermique est généralement plus sévère que les cycles thermiques. En effet, cet essai consiste à exposer brusquement la pièce à des températures très élevées. Ce changement brusque de température rend l'essai de choc thermique plus sévère.
Quelle est la différence entre l'essai de choc thermique et les cycles thermiques ?
Ces deux essais thermiques diffèrent à bien des égards. Le choc thermique consiste à étudier le comportement d'un matériau soumis à des variations soudaines et extrêmes de température. Les essais de cycles thermiques évaluent quant à eux son comportement lorsqu'il est exposé de manière répétée à des variations de température.
Conclusion
En conclusion, les essais de choc thermique et les essais de cycles thermiques revêtent tous deux une importance égale. Ces deux types d'essais consistent à évaluer le comportement d'un matériau face à des variations de température. Les essais de choc thermique permettent d'évaluer le comportement d'un matériau lorsqu'il est soumis à des températures extrêmes et soudaines.
D'autre part, les essais de cycles thermiques permettent de tester les matériaux en leur faisant subir des variations répétées de température. Ces deux types d'essais ont le même objectif : vérifier la qualité du matériau. Les matériaux qui réussissent ces essais sont considérés comme plus fiables pour une utilisation en conditions réelles. Ces deux types d'essais sont couramment utilisés dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'électronique, de l'automobile et dans d'autres domaines.