Essai de fatigue-fluage à haute température jusqu’à +1 500 °C
Case Study
- Client :Université Otto von Guericke de Magdebourg
- Lieu : Magdebourg, Allemagne
- Secteur d’activité :Institut et académie
- Sujet :caractérisation mécanique de nouveaux matériaux haute température
Février 2026
Le développement de matériaux haute température modernes constitue un pilier central dans les avancées technologiques des secteurs de l’énergie, de l’aéronautique et de l’aérospatiale. Les essais mécaniques sur matériaux haute température imposent des exigences élevées pour la technique d’essai et les systèmes de mesure. Avec des températures pouvant atteindre +1 500 °C, l’oxydation, les gradients de température et les influences environnementales peuvent considérablement altérer les résultats de mesure. En parallèle, la mise en œuvre des concepts de matériaux modernes implique généralement des géométries d’éprouvettes de très petite taille, des vitesses d’essais très faibles ainsi que des essais de fluage de longue durée. Dans cette logique, le département des matériaux haute température de l’Institut des matériaux, des technologies et de la mécanique (IWTM) de l’Université Otto von Guericke de Magdebourg prévoyait depuis 2019 d’acquérir une machine d’essais adaptée.
Université Otto von Guericke de Magdebourg
L’Université Otto von Guericke de Magdebourg (OVGU) est une université publique du Land de Saxe-Anhalt issue de la fusion de plusieurs universités et fondée en 1993. Elle couvre de nombreux domaines d’enseignement et de recherche allant des sciences de l’ingénieur aux sciences naturelles, en passant par la médecine, l’économie et la philosophie.
Au sein de cette structure, le département des matériaux haute température est rattaché à l’IWTM (Institut für Werkstoffe, Technologien und Mechanik : Institut des matériaux, des technologies et de la mécanique). En qualité d’unité de recherche spécialisée, le groupe de travail se charge de la recherche, du développement, de la caractérisation et de l’évaluation des matériaux présentant des conditions d’utilisation exigeantes. Les essais mécaniques et thermomécaniques réalisés à des températures élevées sont au cœur des études.
Les laboratoires disposent d’une infrastructure d’essai complète et de méthodes modernes pour la caractérisation des matériaux métalliques, intermétalliques et des matériaux composites. L’exploration de nouveaux matériaux haute température, notamment à base de métal réfractaire, ainsi que la détermination de leurs caractéristiques mécaniques à des températures jusqu’à +1 500 °C constituent l’un des principaux axes de recherche.
Les travaux expérimentaux sont complétés par des analyses, des modélisations et des simulations. Suivant ce principe, l’OVGU propose des prestations de recherche et d’essai ainsi que des opportunités de collaboration pour le milieu de l’industrie et de la recherche.
Les exigences pour la technique d’essai
Le département des matériaux haute température de l’IWTM de l’Université Otto von Guericke de Magdebourg étudie les matériaux utilisés dans des conditions exigeantes, en particulier dans le secteur de l’énergie et des hautes températures. L’utilisation d’un système d’essai permettant de réaliser des essais fiables, reproductibles et conformes aux normes, adaptés à la durée et à la température dans des conditions atmosphériques contrôlées, s’est ainsi imposée à la recherche fondamentale expérimentale.
Depuis la création du département des matériaux haute température en octobre 2019, il était donc prévu d’acquérir une nouvelle machine d’essais de fluage pour les essais de matériaux haute température jusqu’à +1 500 °C.
En ligne de mire : la réalisation d’un système d’essais pour les essais de traction, de compression et de flexion, mais aussi pour les essais de fluage et de fatigue à des températures jusqu’à +1 500 °C. Le système devait offrir une large plage de température, un réglage stable de la force et de l’allongement à des vitesses de déformation très faibles ainsi qu’une mesure précise de l’allongement sur de petites éprouvettes.
De plus, les essais devaient être réalisés conformément aux normes afin de garantir la comparabilité avec les résultats de recherche internationaux et les normes d’essais industrielles. L’installation était destinée à assurer des essais sous vide, mais aussi sous gaz de protection, afin de minimiser de manière ciblée les influences d’oxydation et environnementales.
La solution ZwickRoell
Pour satisfaire à ces exigences, le département a opté pour la machine d’essais de fluage électromécanique Kappa 100 SS-CF avec chambre à vide haute température intégrée. Le système est spécialement conçu pour étudier le comportement des matériaux en fonction de la durée, de la température et de la charge et se prête aussi bien à la recherche qu’au contrôle qualité.
La machine Kappa 100 SS-CF est équipée d’un bâti d’essai très rigide à quatre colonnes avec entraînement de vis centrale sans jeu. Cette conception permet de garantir une introduction parfaitement axiale de la force et de minimiser les influences sur l’éprouvette. La force nominale maximale du système est de 100 kN. Pour les mesures haute résolution, un capteur de force de 50 kN est toutefois utilisé directement dans la chambre à vide afin de réduire les influences liées au frottement et à la température sur la mesure de force.
Avec ses éléments chauffants en tungstène, la chambre à vide haute température intégrée fait partie des éléments centraux de l’installation. Le four 3 zones utilisé permet de réaliser des essais sur l’éprouvette jusqu’à +1 500 °C et assure la répartition homogène de la température dans la zone d’essai. Les essais peuvent être réalisés sous vide ou sous gaz inerte afin de minimiser de manière ciblée les influences d’oxydation et environnementales.
Des mesures précises dans des conditions extrêmes
Un extensomètre optique est employé pour réaliser la mesure sans contact de la déformation de l’éprouvette. Le laserXtens 1-32 HP/TZ permet une mesure haute résolution des plus infimes allongements avec des longueurs de référence initiales de 1,5 à 25 mm et remplit la classe de précision 0,5 selon EN ISO 9513, sans avoir à appliquer des marques de mesure sur l’éprouvette.
Comme il n’y a aucun contact mécanique avec l’éprouvette, le matériau n’est soumis à aucune influence, même en présence de températures élevées. Cela représente un véritable avantage, en particulier pour les matériaux fragiles ou les très petites éprouvettes. En cas de réflexion laser limitée ou d’essais de fluage longue durée, il est possible d’utiliser la fonctionnalité intégrée du videoXtens HP/TZ. Le marquage des éprouvettes qui est alors nécessaire implique néanmoins que les essais réalisés ne dépassent pas une température maximale de +1 400 °C au niveau de l’éprouvette.
L’électronique de pilotage et d’acquisition modulaire de la Kappa 100 SS-CF permet de réaliser des essais de fatigue-fluage avec une grande stabilité de contrôle. De très faibles vitesses d’essai de l’ordre du µm/h peuvent également être atteintes de manière fiable.
Essais conformes aux normes
Au sein du département des matériaux haute température, l’installation permet notamment de réaliser des essais de traction, de compression et de flexion à des températures jusqu’à +1 500 °C. Les essais de fatigue et de fluage sont réalisés selon les normes ISO 204 et ASTM E139. La mesure de la force est conçue selon la norme DIN EN ISO 7500-1. Une comparabilité élevée des résultats d’essais avec les normes internationales de recherche et industrielles est ainsi garantie.
« La machine Kappa 100 SS-CF est devenue un élément indispensable en matière de recherche et développement des nouveaux matériaux haute température. La caractérisation des matériaux à des températures d’essai jusqu’à 1 500 °C sous vide ou sous gaz de protection nous apporte une meilleure compréhension des mécanismes de déformation des matériaux établis et de nouvelle génération soumis à des sollicitations extrêmes dans une plage de température propre à l’application. »
Dr. Ing Georg Hasemann, Université Otto von Guericke de Magdebourg
Résultats et utilité
La mise en service de la Kappa 100 SS-CF a permis d’étendre de manière ciblée le spectre de possibilités des techniques d’essais dans le département des matériaux haute température. L’installation associe haute résistance à la température et mesure précise de la force et de l’allongement pour la réalisation d’essais haute température exigeants conformes aux normes. Le département dispose ainsi d’une plateforme performante et pérenne pour la caractérisation mécanique des matériaux haute température modernes. Grâce à cela, il contribue au développement de nouveaux matériaux employés dans les secteurs de l’énergie, l’aéronautique et l’aérospatiale.
La simulation reproductible de conditions d’utilisation réelles permet d’analyser en profondeur les rapports entre micro-structure et propriétés et de déterminer des valeurs caractéristiques mécaniques fiables. L’installation d’essais de fluage renforce en outre la position de l’Université Otto von Guericke de Magdebourg en tant que partenaire compétent pour l’industrie et la recherche. Les résultats d’essais obtenus sont directement transférables aux applications industrielles, par exemple pour la conception de composants soumis à des températures élevées ou pour la qualification de nouveaux concepts de matériaux.
