Sur les mécanismes de rayures des vernis de finition automobiles

Chapitre 2 Orientation de l'étude et dispositF expérimental
3.2.5 La dureté
Les premières mesures de dureté étaient des mesures de dureté à la rayure : l'échelle
de Mohs (1822), par exemple, est un classement de 10 matériaux minéraux allant du talc
(numéro 1) au diamant (numéro 10). Sur cette échelle, un matériau est capable de rayer tout
autre matériau de numéro inférieur. Aujourd'hui, la dureté d'un matériau est plutôt mesurée
par des méthodes d'indentation. Les mesures de dureté à la rayure sont surtout utilisées par les
tribologues pour comprendre les phénomènes d'abrasion et de frottement entre deux corps
rugueux en contact.
Les premières mesures de dureté par indentation, mises au point au début du vingtième
siècle, consistent à appliquer une charge P sur le matériau, puis à mesurer l'empreinte
résiduelle33. Cette méthode présente plusieurs inconvénients. Premièrement, elle est inadaptée
aux matériaux viscoélastoplastiques car le profil de ces matériaux évolue entre le moment où
l'on retire l'indenteur et le moment où l'on mesure l'empreinte. Deuxièmement, cette
méthode devient de plus en plus difficile à réaliser quand on s'intéresse à des profondeurs
d'enfoncement de l'ordre du nanomètre car les modes d'imageries tels que le microscope
optique ne sont alors plus adaptés.
De nouvelles méthodes ont vu le jour. La méthode de dureté instrumentée
(« compliance method ») consiste à enregistrer une courbe d'indentation reliant, à chaque
instant de l'essai, la charge normale appliquée P à la profondeur d'enfoncement de l'indenteur
dans le matériau (figure 9). Cette méthode a été mise au point par Loubet et aI: sur des
céramiques et elle a été reprise par Briscoe et Sebastian35 puis par Ion et ul: sur des
polymères organiques.
En indentation, Loubet et ai.37 calculent la dureté selon l'expression suivante
H(h)
2
où w est un paramètre dépendant de la géométrie de l'indenteur. La
AN wh
fonction reliant la projection de l'aire de contact à la profondeur h1 est appelée «fonction
d'aire » : AN=A(h1'). Elle varie suivant le type d'indenteur. La projection de l'aire de contact,
=2 pour un indenteur conique est donnée par la formule suivante : AN cotan2O. Pour
un indenteur Berkovich, on a AN 24,56l,2 (h1. +h0)2 3537.(h +h0)2 (figure 16).
Tabor D. ; The hardness of Metals, Clarendon Press, Oxford (1951).
Louhet J. L., Bauer M.. Tonck A., Bec S., Gauthier-Manuel B.; Nanoindentarion with a surface force
apparatus. In : Mechanical properties and deformation of materials having ultra-fine microsctructures, Kluwer
Academic Publishers (1993) 429-447.
Briscoe B. J.. Sebastian K. ; Proc. R. Soc. A 452 (1996) 439-457.
Ion R. H., Pollock H. M., Roques-Carmes C. J. Mater, Sci 25 (1990) 1444-1454.
Lucas B. N., Oliver W. C., Pharr G. M., Louhet J. L. ; Time dependent de!rrnation during indentation testing,
Mat. Res. Soc. Symp. Proc, 436 (1997) 233-238.
41