Information technique sur les extensomètres de laboratoire et industriels
Qu'est-ce qu'un extensomètre ?
Un extensomètre ou capteur d’allongement sert à mesurer une déformation (déplacement).
Dans les domaines de la caractérisation des matériaux et de la surveillance structurelle, l’extensomètre s’impose comme l’instrument incontournable pour les essais normalisés et le monitoring industriel.
Nous proposons deux grandes familles :
- Les extensomètres de laboratoire : ils sont généralement utilisés pour mesurer la variation des dimensions d’un échantillon ou éprouvette. Ce type de capteur est souvent lié aux machines d’essais des matériaux.
- Les extensomètres industriels : ils permettent de surveiller ou contrôler une force, un déplacement ou une contrainte. Ils peuvent également être utilisés dans des applications de pesage.
Dans la plupart des cas, il s’agit d’essais mécaniques pour caractériser des matériaux.
C’est un élément important dans l’analyse des contraintes afin de déterminer ou calculer : module d’élasticité, allongement à la rupture, …
Fondamentaux de l'Extensométrie et Loi de Hooke
L’objectif de l’extensométrie est de quantifier la déformation relative, notée ∈ (epsilon).
Elle représente le rapport entre l’allongement d’une portion de matériau (ΔL) et sa longueur initiale (L0), nommée base de mesure. Cette valeur permet de calculer le module d’Young (E) selon la loi de Hooke : σ = E • ∈.
La précision de la mesure de ∈ (epsilon) est critique car une erreur de quelques microns sur l’allongement fausse radicalement le calcul des propriétés mécaniques.
Contrairement à une mesure de déplacement globale issue de la traverse d’une machine de traction, l’extensomètre mesure la déformation directement sur l’échantillon.
Cette méthode s’affranchit des erreurs induites par les déformations du bâti de la machine ou le glissement des mors.
Notre gamme d’extensomètre de laboratoire utilise deux technologies dans ses extensomètres :
- Capteurs à pont de jauges (dans la majorité des cas);
- Technologie capacitive pour les essais à haute température (jusqu’à 1600 °C).
Extensomètre de laboratoire
C’est un capteur servant à mesurer une déformation (ou déplacement) dans une faible gamme de mesure lors d’essais mécaniques. Il peut être utilisé sur une pièce ou échantillon soumis à une traction, une compression ou une torsion.
Que peut-on mesurer avec ?
On peut mesurer une déformation longitudinale, transversale ou bi-axiale. Nous avons également dans notre gamme des capteurs pour la mesure de ténacité (rupture), flexion, torsion.
La gamme de mesure est annoncée en « % de déformation » c’est-à-dire qu’une gamme de mesure de +20% (traction) représente une déformation de 200 000 µm/m. Si le capteur possède une base de 25 mm vous aurez une gamme de mesure de +5 mm.
Important : la gamme de mesure n’est pas forcement symétrique si vous travaillez en traction et compression (exemple gamme de mesure : +20% en traction et -10% en compression).
L'Extensomètre de Laboratoire (Clip-on) : Haute Précision
L’extensomètre de laboratoire, souvent appelé « clip-on », est l’instrument standard pour les essais de traction, compression et flexion.
Anatomie et Fonctionnement des Modèles à Contact
Un extensomètre à contact se compose de deux bras articulés équipés de couteaux de précision. Ces couteaux « mordent » légèrement la surface de l’éprouvette pour définir la base de mesure L0.
Les bras sont reliés à un corps flexible instrumenté de jauges de déformation montées en pont complet. L’écartement des bras provoque une flexion de la structure interne, convertie en un signal électrique linéaire proportionnel à l’allongement.
Classes de Précision et Normes
Le choix d’un instrument est régi par les normes ISO 9513 ou ASTM E83. Ces textes classent les appareils selon leur erreur relative maximale (Classe 0.2, 0.5, 1). Pour la détermination du module d’Young, une classe 0.5 est généralement requise, exigeant une résolution de l’ordre du micromètre.
L'Évolution vers le Sans-Contact : Epsilon ONE®
Bien que les systèmes à contact restent une référence, les technologies optiques transforment la discipline.
DOERLER Mesures distribue l’Epsilon ONE®, un système de vidéo-extensométrie haute résolution sans contact.
Cette technologie suit le déplacement de marqueurs déposés sur l’éprouvette.
Elle présente des avantages majeurs pour les mesures nécessitant de grand allongements, les matériaux très fins (films plastiques), fragiles ou soumis à de très hautes températures dans des fours à hublots.
Extensométrie Industrielle et Structural Health Monitoring
Hors des laboratoires, l’instrument doit affronter des environnements sévères :
- Humidité;
- Cycles thermiques;
- Vibrations.
On utilise alors des extensomètres industriels destinés au SHM (Structural Health Monitoring).
Ces capteurs, souvent encapsulés dans des boîtiers en acier inoxydable IP67, sont fixés sur les structures à l’aide d’un ensemble vis/écrou ou directement soudés sur le bâti. Leur rôle est de surveiller l’évolution des contraintes sur du temps long pour prévenir la fatigue structurelle des ponts, ouvrages d’arts, éoliennes ou cuves.
La sortie analogique ou pont de jauges complet est directement proportionnelle à la déformation.
Vous pouvez également mesurer des déformations ou analyser des contraintes avec des jauges de déformation (ou de contrainte). Dans ce cas, vous pouvez consulter la rubrique prestation.
Applications par Secteurs d'Activité
- Industrie Ferroviaire et Automobile : Validation de lots d’aluminium extrudé et essais de fatigue sur bras de suspension pour optimiser la géométrie des pièces.
- Aéronautique et Recherche : Caractérisation du comportement anisotrope des composites carbone-époxy à l’aide d’extensomètres biaxiaux.
- Enseignement Supérieur : Travaux pratiques de RDM pour illustrer le passage du domaine élastique au domaine plastique sur des éprouvettes en aluminium.
- Génie Civil : Surveillance à long terme des tabliers de ponts et des barrages via des extensomètres à long gage.
FAQ Technique : L’Expertise DOERLER Mesures
Comment fixer mon extensomètre sans glissement ? La tension des ressorts ou des élastiques de maintien est capitale. Pour les matériaux durs, des couteaux en carbure de tungstène sont requis, tandis que les matériaux mous nécessitent des couteaux à large surface pour répartir la pression.
Pourquoi la base de mesure (L0) est-elle si importante ? L’erreur sur L0 se propage directement sur le calcul de la déformation. Un écart de 0.5 mm sur une base de 50 mm induit une erreur systématique de 1% sur tous les résultats.
Faut-il étalonner son extensomètre régulièrement ? Oui, la norme préconise une vérification annuelle. L’usure des couteaux et la dérive de la structure mécanique imposent l’usage d’un calibrateur micrométrique de précision pour valider la classe de l’appareil.
