Question 1

Qu'est-ce que la contrainte thermique ?

Accepted Answer

Des contraintes thermiques apparaissent lorsqu'un matériau est chauffé ou refroidi sans pouvoir se dilater ni se contracter librement. Pour un élément entièrement contraint : σ = E × α × ΔT, où E est le module d'élasticité, α le coefficient de dilatation thermique (CTE) et ΔT la variation de température.

Question 2

Qu'est-ce que le coefficient de dilatation thermique (CTE) ?

Accepted Answer

Le coefficient de dilatation thermique (α) mesure la dilatation d'un matériau par degré de variation de température. Acier : ~12×10⁻⁶/°C, Aluminium : ~23×10⁻⁶/°C, Cuivre : ~17×10⁻⁶/°C, Acier inoxydable : ~17×10⁻⁶/°C.

Question 3

Quand les contraintes thermiques se produisent-elles ?

Accepted Answer

Les contraintes thermiques surviennent lorsque la dilatation est empêchée : tuyaux fixés aux deux extrémités, rails soudés en continu, matériaux dissemblables collés ensemble, sections épaisses avec des gradients de température, ou toute structure dont le mouvement libre est empêché.

Question 4

Comment réduire les contraintes thermiques ?

Accepted Answer

Utilisez des joints de dilatation ou des boucles dans la tuyauterie, prévoyez des supports coulissants, choisissez des matériaux à faible coefficient de dilatation thermique (CTE), réduisez la différence de température (ΔT) par isolation ou utilisez des raccords flexibles. Dans les systèmes bimétalliques, veillez à ce que les valeurs de CTE soient aussi proches que possible les unes des autres.

Question 5

La contrainte thermique est-elle toujours en compression lors du chauffage ?

Accepted Answer

Oui, pour un élément entièrement contraint et chauffé uniformément. Le matériau tend à se dilater mais ne le peut pas, ce qui engendre des contraintes de compression internes. Le refroidissement provoque des contraintes de traction. Le signe de ces contraintes dépend du fait que la dilatation ou la contraction soit empêchée.

Matériau	E (GPa)	α (×10⁻⁶/°C)
Acier au carbone	200	12
Acier inoxydable 304	193	17.3
Aluminium 6061	69	23.6
Cuivre	117	16.6
Titane	114	8.6
Laiton	100	19

Calculateur de contrainte thermique

Résultats

Contraintes thermiques dans les éléments contraints

Valeurs courantes du CTE