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Auteur(s)
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Philippe COGNARD : Ingénieur de l’École supérieure de physique et de chimie industrielles de Paris - Directeur commercial à la société Bostik Findley - Expert près les tribunaux
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Jusqu’à la seconde Guerre mondiale, l’assemblage des matériaux s’effectuait principalement par des moyens mécaniques : boulons, vis, rivets, brasage (des métaux), couture (des cuirs et textiles). Seuls la fabrication de meubles et l’emballage faisaient un peu appel au collage.
C’est au cours de cette guerre que l’assemblage par collage a pris son essor. D’une part, le développement de nouveaux produits chimiques apportant de nouvelles propriétés d’adhérence, de durcissement nécessaire au contrôle de la prise des colles, de durabilité, entre autres, a permis d’adapter cette technique d’assemblage à d’autres applications. D’autre part, le collage a tiré partie du développement de l’industrie aéronautique en temps de guerre, les constructeurs américains et anglais commençant à utiliser cette technique pour la fabrication d’éléments de structure d’avions en grandes séries.
Le marché du collage s’est alors élargi aux autres secteurs industriels. Ainsi, le marché français des colles et adhésifs est passé de quelque 5 000 t /an en 1920 à 400 000 t /an en 2000.
L’objet de cet article est l’étude des mécanismes d’adhérence, des caractéristiques des produits, des règles générales de conception, les principaux types de colles, adhésifs et produits d’étanchéité destinés à l’assemblage solide et permanent des principaux matériaux structuraux ou semi-structuraux (métaux, matières plastiques, bois, verre, élastomères…).
Cet article constitue la première partie d’un ensemble consacré au collage des matériaux :
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— Collage des matériaux. Mécanismes. Classification des colles [BM 7 615] ;
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— Collage des matériaux. Caractéristiques et mise en œuvre des colles ;
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— Collage des matériaux. Pour en savoir plus .
Le collage des matériaux fait également l’objet de plusieurs articles spécialisés dans la collection des Techniques de l’Ingénieur auxquels le lecteur pourra se reporter.
L’abréviation CND est utilisée pour contrôle non destructif.
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Sollicitations. Forme et dimensionnement des joints
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1. Collage structural comparé aux autres méthodes d’assemblage
Nous ne parlerons ici que du collage structural, qui consiste à utiliser des colles et adhésifs à hautes performances (solidité, cohésion élevées, résistance à la chaleur et à d’autres sollicitations et performances mécaniques élevées), afin d’obtenir des assemblages durables dont la solidité est comparable à celle des matériaux constitutifs (métaux, plastiques, bois, verre…), et du collage semi- structural (défini comme donnant des résistances au cisaillement de 4 à 10 MPa et des performances physico-chimiques moyennes).
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Positionnement du collage
La figure 1 positionne le collage par rapport aux autres méthodes d’assemblage des matériaux :
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le tableau 1 compare les différentes méthodes d’assemblage des métaux : assemblage mécanique, soudage, brasage et collage ;
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le tableau 2 indique comment choisir la méthode la plus appropriée pour l’assemblage des matières plastiques : collage, soudure (thermique, aux solvants, aux ultrasons, par induction, etc.) selon les plastiques à assembler.
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Avantages et inconvénients du collage
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Chaque méthode comporte des avantages et des inconvénients, mais le collage offre des avantages importants (cf. tableau 3) :
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meilleure répartition des contraintes (cf. figure 2) : le collage forme un joint sur toute la surface, alors que les autres types d’assemblages sont discontinus (rivets, vis…) et induisent des concentrations de contraintes locales et une répartition irrégulière de la rigidité de la pièce ;
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assemblages peu visibles : on ne voit pas la colle, et on peut obtenir des pièces à l’aspect lisse, sans surépaisseurs, qui permettent un design plus léger, plus fin ;
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abaissement de poids, ne serait-ce que par la suppression des moyens traditionnels de fixation (vis, rivets…) ce qui a permis par exemple d’alléger de 20 % les pièces d’avions collées par rapport aux pièces rivetées, et davantage encore en remplaçant les métaux par des matériaux composites, qui eux-mêmes utilisent le collage (cf. ,...
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