Réalisation · Géoscience & étude du sous-sol

Combiner trois essais mécaniques en un sans compromis : banc d'essai multi-fonctions pour la géomécanique

Pour un laboratoire de recherche en géomécanique, IRIAN Mecatronics a conçu et fabriqué un banc d'essai sur mesure qui intègre trois essais mécaniques (compression, flexion, ténacité) sur un seul bâti. La solution optimise l'espace au sol sans sacrifier la précision requise en R&D, grâce à une architecture garantissant un alignement parfait pour chaque configuration.

Client: Laboratoire de recherche en géomécanique
Domaine: Géosciences
Technique: Essais mécaniques (compression, flexion, ténacité)

01 — La question de recherche

Comment combiner plusieurs essais mécaniques sur un même bâti sans dégrader la précision de chaque mesure ?

En recherche sur les matériaux, la caractérisation complète d'un échantillon impose souvent de réaliser plusieurs types d'essais mécaniques. Chaque essai (traction, compression, flexion...) requiert un outillage, un alignement et parfois une chaîne de mesure spécifiques, ce qui conduit les laboratoires à s'équiper de plusieurs machines dédiées, chacune occupant un espace au sol précieux.

Notre client, un laboratoire de géosciences et d'étude du sous-sol, cherchait à rationaliser son flux de travail en remplaçant trois presses distinctes par un équipement unique. Les solutions standards n'existaient pas : les presses multi-essais du commerce sont souvent conçues pour le contrôle qualité, avec une flexibilité qui se paie par une perte de rigidité et de précision, inacceptable pour un usage en R&D.

Comment garantir une rigidité et un alignement parfaits et répétables pour trois configurations d'essai mécaniquement très différentes, en utilisant un seul axe de chargement et un seul bâti ?

02 — Notre démarche

Notre démarche : du verrou technique à la solution sur mesure

La conception s'est articulée autour de trois choix clés pour garantir que la consolidation des fonctions n'entraîne aucun compromis sur la qualité des mesures. C'est le principe qui guide tous nos bancs d'essais sur mesure.

Intégrer trois configurations d'essai sur un axe unique

Pour passer d'un essai à l'autre rapidement et sans erreur, nous avons conçu une plateforme mobile sur laquelle sont montés les outillages spécifiques. Plutôt que de changer manuellement les outillages, l'opérateur positionne la plateforme sous l'axe de chargement unique. L'alignement est garanti mécaniquement, assurant la répétabilité et la rigidité maximale pour chaque essai.
Mesurer la déformation de l'échantillon, pas celle de la machine

Calculer le module d'élasticité ou le coefficient de Poisson exige de mesurer des déformations infimes. Nous avons donc décorrélé la mesure de celle du vérin, qui inclut la flexion du bâti. Des capteurs de déplacement dédiés, placés au plus près de l'échantillon de roche, assurent une mesure directe et précise de sa déformation axiale et radiale.
Standardiser la préparation pour fiabiliser la mesure

La validité d'un essai de ténacité de fracture dépend de la qualité de la fissure amorcée. Pour minimiser la variabilité liée à l'opérateur, nous avons fourni des outillages sur mesure dédiés aux étapes de préparation. Le client dispose ainsi d'une solution complète et cohérente, de l'échantillon brut au résultat fiable.

03 — Au-delà de ce projet

Votre projet ressemble-t-il à celui-ci ?

Matériaux composites (aéronautique, automobile)

Caractériser un même matériau selon plusieurs axes (traction, compression, flexion) pour valider des modèles de comportement. L'architecture d'un bâti unique avec une table mobile indexée pour changer rapidement de configuration resterait pertinente ; les outillages et capteurs de déformation seraient adaptés.

Dispositifs médicaux (orthopédie, dentaire)

Réaliser une série d'essais mécaniques normés (compression, flexion, fatigue) sur des implants ou prothèses. Le principe d'un banc multi-essais compact et répétable serait conservé, en adaptant les matériaux et en intégrant potentiellement une enceinte simulant les conditions physiologiques.

Génie civil et matériaux de construction

Qualifier les propriétés mécaniques de nouveaux bétons ou mortiers via divers essais normés sur un équipement polyvalent. On garderait le concept de consolidation de plusieurs bancs en un seul, en adaptant la taille des outillages, les capacités de charge et les interfaces logicielles.

04 — Fiche technique

Les valeurs de ce projet. Chaque équipement étant conçu sur mesure, elles s’adaptent à votre cahier des charges.

Afficher les caractéristiques · Compression uniaxiale (UCS), flexion 3 points, ténacité de fracture (traction) · 20 kN (en compression et en traction) · 0.1 N

Caractéristiques techniques — Combiner trois essais mécaniques en un sans compromis : banc d'essai multi-fonctions pour la géomécanique
Types d'essais	Compression uniaxiale (UCS), flexion 3 points, ténacité de fracture (traction)
Capacité de charge maximale	20 kN (en compression et en traction)
Résolution de la mesure d'effort	0.1 N
Résolution de la mesure de déplacement axial	0.001 mm
Résolution de la mesure de déplacement radial	0.0001 mm

IRIAN Mecatronics conçoit et fabrique des équipements haute pression et haute température sur mesure pour les laboratoires de recherche, les centres techniques et les industriels.

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05 — FAQ

Questions fréquentes

Ce banc d'essai multi-essais peut-il être adapté pour des matériaux souples ou pour des essais en température ?

Oui, le principe de l'équipement peut être adapté. Pour des matériaux souples, les capteurs de force et de déplacement seraient remplacés par des modèles de plus faible capacité mais de plus haute sensibilité. Pour des essais en température, une enceinte thermique serait intégrée autour de la zone d'essai, ce qui imposerait des choix de matériaux et une instrumentation compatibles avec la gamme de température visée.

Est-il possible d'intégrer un essai de fatigue ou de fluage sur ce type de banc d'essai mécanique multi-fonctions ?

C'est techniquement possible, mais cela dépend de la nature des sollicitations. L'intégration d'essais de fatigue à haute fréquence nécessiterait de revoir fondamentalement la technologie de l'actionneur (par exemple, un actionneur servo-hydraulique plutôt qu'électromécanique) et la conception du bâti pour résister à des millions de cycles. Des essais de fluage (charge constante) sont plus simples à intégrer.

Comment la conception de ce banc d'essai mécanique sur mesure intègre-t-elle les normes d'essais (ASTM, ISO) ?

Notre bureau d'études conçoit les outillages (mors, plateaux, appuis) et les boucles de régulation (vitesse de chargement, de déformation) pour qu'ils respectent les exigences géométriques et cinématiques des normes que le client doit suivre. Le logiciel d'acquisition et de pilotage peut également être configuré pour exécuter des séquences d'essais normalisées et générer des rapports de résultats conformes.

Un tel banc peut-il fonctionner dans des conditions de haute pression ou en environnement chimique contrôlé ?

Oui, le principe d'un bâti externe appliquant une charge sur un outillage peut être combiné avec une cellule haute pression. L'échantillon et son outillage seraient placés à l'intérieur d'une cellule ou d'un réacteur haute pression, l'effort étant transmis par un piston traversant. Cela permet de réaliser des essais mécaniques dans des conditions de pression, de température et d'environnement chimique contrôlées, comme sur notre presse triaxiale HPHT.

Vous cherchez à rationaliser plusieurs protocoles d'essais sur un seul équipement compact et précis ?

Décrivez-nous votre contrainte, même si elle semble unique. Notre bureau d'études analyse la faisabilité de votre projet et revient vers vous avec une proposition technique.

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