Déformation d'un matériau

On caractérise mécaniquement un matériau par sept propriétés identifiables et mesurables. Chacune de ces caractéristiques fait l'objet de tests ou de mesures normalisés et bien définis.

• Élasticité : capacité du matériau à se déformer élastiquement et de manière réversible.

On tire sur une éprouvette; et on mesure le rapport Effort/Déformation - caractérisation : module de young E exprimé en gigapascals (GPa).

• Résistance : capacité du matériau à résister à la rupture.

On tire sur une éprouvette jusqu’à rupture. Caractérisation : Résistance mécanique notée R_m, Résistance élastique notée R_e exprimés en mégapascals (MPa).

• Ductilité : capacité du matériau à se déformer plastiquement, de manière irréversible.

On tire sur une éprouvette dans la limite de plasticité et on mesure l'allongement - caractérisation : Allongement ou striction en pourcentages.

• Ténacité : capacité à résister à la propagation d'une fissure.

• Dureté : Capacité d'un matériau à résister à la pénétration.

On mesure la pénétration d'un pénétrateur (bille, diamant, pointe, etc.) pour une force donnée - Caractérisation : Mesure en unité spécifique : dureté Vickers, Brinell, Rockwell suivant le type de test effectué.

• Résilience : capacité d'un matériau à résister au choc.

On mesure l’énergie cinétique nécessaire pour briser une éprouvette avec un mouton de Charpy - . Caractérisation : notée KV Elle s'exprime en J cm².

• Résistance à la fatigue capacité d'un matériau à résister à de nombreuses sollicitations.

On fait subir à une éprouvette un cycle alterné de traction/compression jusqu'à rupture - caractérisation : Ratio de la résistance mécanique cycle/unitaire exprimé en pourcentage.

Dans le cas de matériaux anisotropes comme le bois, le béton, les cristaux, ou même les métaux ( limite d'élasticité) , on doit également préciser la direction du matériau par rapport aux sollicitations du test : sens des fibres, des fers, du laminage ...

Il n'y a pas forcément corrélation entre ces différentes propriétés, par exemple :

• l'aluminium a un module de Young plus faible que la fonte (il se déforme plus, pour le même effort) mais une résilience supérieure (il résiste mieux aux chocs) ;
• un acier à ressort a un module de Young faible (il se déforme beaucoup pour des efforts faibles) mais a une résistance équivalente à un acier allié ;
• le verre a une grande dureté mais une résilience très faible (on raye difficilement le verre mais il se brise facilement). Le bois a une faible dureté mais une résilience supérieure (on le raye facilement mais on le casse plus difficilement).

Certains matériaux sont « bons » presque partout, c'est le cas par exemple d'un acier allié à haute résistance mécanique. Seul défaut, il est peu ductile (il ne se déforma pas à froid); il faut des opérations de forgeage à chaud complexes pour le mettre en forme. Certains matériaux sont "mauvais" presque partout, c'est le cas par exemple de la pâte à modeler. Seule qualité, elle est ductile : on peut facilement l'étirer et lui donner la forme désirée.

D'autres matériaux ont une anisotropie marquée, ainsi le bois résiste mieux à la traction qu'à la compression; à l'inverse le béton travaille bien en compression mais très mal en traction quand il n'est pas armé. Les métaux sont en général isotropes : ils réagissent de la même manière dans les trois directions de l'espace.