États de surface - Caractérisation

Les propriétés des solides et leur comportement dépendent, souvent, davantage des caractéristiques de leurs surfaces que de leurs propriétés massiques ou volumiques. La surface d’un corps solide est la partie de ce solide qui le limite dans l’espace et le sépare du milieu environnant. Elle est prépondérante pour assurer des fonctions telles que l’aptitude aux frottements, la résistance à l’usure ou la corrosion, conduction thermique et électrique, résistance aux contraintes mécaniques, étanchéité statique ou dynamique, aspect, etc.

Les surfaces industrielles produites par des moyens techniques présentent toujours des irrégularités par rapport à la surface idéale. Pour les décrire en toute rigueur, il faudrait utiliser une fonction continue z (x, y) donnant l’altitude de chaque point par rapport à la surface idéale.

Connaître l’influence de l’état d’une surface sur le fonctionnement d’une pièce et son comportement dans le temps nécessite de pouvoir caractériser sa géométrie, macro, micro, voire même nanogéométrie dans certains cas.

Seule la caractérisation des états de surface effectué sur un profil est normalisée. Le développement des technologies et des équipements permet de disposer d’une représentation tridimensionnelle de la surface (topographie). Si cette approche est actuellement le moyen le plus fidèle pour caractériser une surface, elle n’est pas encore reconnue et son application n’est pas envisageable en production.

Les problèmes relatifs à la géométrie des surfaces se posent à trois niveaux :

• la conception : quel état de surface convient à la fonction à assurer et comment doit-on le spécifier sur un dessin technique ?

• la réalisation de la surface : quels moyens mettre en œuvre pour obtenir l’état de surface souhaité ?

• la mesure de la surface : quels moyens et quelles conditions de mesure pour vérifier que la surface correspond aux spécifications ? Cet aspect sera traité dans le dossier .

Ce dossier et le suivant  étudient essentiellement les aspects industriels de la caractérisation et de la mesure d’états de surface, en fonction de la normalisation en vigueur à ce jour et des travaux en cours.

Les éléments concernant les imperfections (retassures, rayures, pores…) et l’aspect (couleur, brillance) des surfaces ne sont pas traitées dans ce dossier.

La caractérisation des états de surface sur un profil est actuellement la seule méthode normalisée.

La normalisation actuelle est une réelle avancée, avec le concept GPS (Spécification Géométrique des Produits) reconnu et repris par les principaux pays industriels. Il convient donc de l’utiliser pour spécifier et mesurer les états de surface, notamment lors d’échanges commerciaux.

Si ce système est très adapté à des surfaces obtenues avec des moyens d’obtention donnant des profils pratiquement constants (tournage, fraisage, rectification,…), il l’est beaucoup moins pour d’autres surfaces où les irrégularités sont inégalement réparties (électroérosion, surface revêtue,…) qui nécessiteraient une caractérisation tridimensionnelle.

Pour les concepteurs de produits, l’amélioration des performances passe généralement par la réduction des tolérances dimensionnelles et géométriques, ce qui permet implicitement d’obtenir des états de surface plus fins. Mais à quel prix ? S’il est évident que l’état de surface est un facteur important dans la performance d’un produit, le choix du ou des paramètres à spécifier reste toujours un problème délicat. Le manque de connaissance des relations entre les fonctions d’une surface et les paramètres d’états de surface fait que le concepteur spécifie ses produits avec un nombre très restreint de paramètres, souvent les mêmes, par habitude.