Bonjour à tous ! Nous sommes trois étudiants en deuxième année à Polytech Angers. Dans le cadre de notre projet tutoré, nous avons conçu et fabriqué un banc d’essai de flexion : de la réflexion à la construction jusqu’aux essais réels. On vous explique tout !

I – Un banc d’essai de flexion, c’est quoi ?

Un banc d’essai de flexion est un dispositif expérimental conçu pour soumettre un matériau à une force et observer comment il se déforme. Concrètement, une pièce appelée éprouvette est placée sur le banc, une force lui est appliquée, et on mesure de combien elle fléchit.

C’est un instrument de laboratoire, que l’on retrouve aussi bien dans les universités que dans les bureaux d’études industriels, partout où l’on a besoin de tester le comportement mécanique d’un matériau.

II – À quoi ça sert ?

Dans l’industrie, avant d’utiliser un matériau dans une structure (un pont, un châssis de voiture, etc.) les ingénieurs ont besoin de savoir comment il va se comporter sous charge. Est-ce qu’il va se déformer ? De combien ? Va-t-il casser ?

Un banc de flexion répond à ces questions. C’est un outil qui permet d’appliquer une force maîtrisée sur un matériau et de mesurer précisément sa déformation. On peut ainsi caractériser un matériau, valider des calculs théoriques ou encore comparer plusieurs matériaux entre eux.

III – Le principe de la flexion

La flexion, c’est simplement la courbure d’une pièce soumise à une force. Un exemple du quotidien : posez un livre lourd au milieu d’une étagère et observez-la se courber légèrement sous le poids. La flexion est décrite par la relation suivante :

Notre banc utilise plus précisément la flexion trois points : l’éprouvette est posée sur deux appuis fixes situés à ses extrémités, et une force est appliquée en son centre. Trois points de contact, d’où le nom. Sous l’effet de cette force, le centre de l’éprouvette s’abaisse : c’est ce qu’on appelle la flèche. C’est cette valeur que l’on mesure avec le comparateur pour vérifier que le matériau se comporte bien comme prévu par la théorie.

IV – La Conception

Avant toute fabrication, nous avons modélisé l’intégralité du banc sur SolidWorks. Toutes les pièces structurelles sont conçues en CAO puis décomposées en tranches planes, de façon à pouvoir être découpées au laser dans des plaques de plexiglas de différentes épaisseurs (10, 5 et 3 mm).

Le banc s’articule autour de trois éléments principaux. D’abord, un rail de 50 cm qui constitue la base du banc et sur lequel viennent se fixer tous les autres composants. Ensuite, deux poteaux verticaux qui jouent le rôle des deux appuis fixes de la flexion trois points : l’éprouvette vient reposer sur eux. L’un des deux poteaux est mobile le long du rail, ce qui permet d’ajuster la distance entre les appuis et ainsi de tester des éprouvettes de différentes tailles. Enfin, une pièce centrale coulisse entre les deux poteaux : elle maintient le comparateur en position et est traversée par une fente pour laisser passer l’éprouvette.

V – La fabrication

Une fois la conception validée sur SolidWorks, nous sommes passés à la fabrication. La quasi-totalité des pièces du banc ont été réalisées par découpe laser dans des plaques de plexiglas. Cette technique offre une grande précision et permet d’obtenir des bords nets, ce qui est essentiel pour garantir un bon assemblage des pièces entre elles.

Une pièce spécifique n’a pas pu être réalisée par découpe laser en raison de sa géométrie : le support de chargement. Imprimée en 3D au Fablab de Polytech Angers, cette pièce vient se poser directement sur l’éprouvette, au centre du banc. C’est sur elle que l’on accroche les masses calibrées pour appliquer la force — exactement comme dans le principe de la flexion trois points.

Une fois toutes les pièces fabriquées, nous avons procédé à l’assemblage du banc. Les différents éléments en plexiglas s’emboîtent les uns dans les autres afin de garantir un bon positionnement. Certaines pièces sont ensuite collées pour assurer une fixation permanente, tandis que les poteaux sont maintenus par des vis. Ce mode d’assemblage permet d’obtenir une structure à la fois solide et précise.

VI –  Les essais et résultats

Une fois le banc assemblé, nous avons réalisé plusieurs essais de flexion. La déformation de l’éprouvette, appelée flèche, est mesurée à l’aide du comparateur. Nous avons testé différentes éprouvettes en aluminium et en acier inoxydable afin de comparer leur rigidité et de vérifier les résultats théoriques.

Pour chaque éprouvette, nous appliquons des charges croissantes et relevons la flèche correspondante. En traçant la flèche en fonction de la force appliquée, on obtient une courbe pratiquement linéaire, comme le montre la figure ci-dessous. Cette droite confirme que la déformation est proportionnelle à la charge dans le domaine élastique.

Son coefficient directeur est donné par :

Ainsi, plus ce coefficient est faible, plus l’éprouvette est rigide. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les valeurs calculées, ce qui valide le bon fonctionnement du banc d’essai.

VII – Conclusion

Ce projet nous a permis de suivre une démarche d’ingénierie complète, de la conception à la validation expérimentale d’un banc de flexion fonctionnel. Ce qu’on retient surtout, c’est le lien concret entre la théorie et la pratique, qui donne vraiment du sens aux notions vues en cours.

Nous remercions sincèrement Maxime Kachit pour son accompagnement et ses conseils tout au long du projet, ainsi que l’ensemble des personnes qui ont contribué, de près ou de loin, à sa réalisation.

Ecrit et réalisé par : Biet Martin / Esnault Thaïs / Plouzin Teddy