Le diamant, le matériaux le plus dur.

la dureté des matériaux

La dureté d’un matériau est définie comme la résistance mécanique qu’un matériau oppose à la pénétration : plus un matériau est dur, plus il est difficile de le rayer ou d’enfoncer un autre matériau dedans.

De nombreuses échelles de mesure de la dureté (hardness) sont utilisées. Elles diffèrent par la méthode utilisée pour la déterminer et le domaine d’utilisation. Il n’existe pas d’échelle universelle qu’on pourrait utiliser dans tous les cas.

Méthode par mesure du rebond d’une bille : utilisées pour les élastomères (Dureté Leeb).

Méthode par comparaison avec différents minéraux : 

   Dureté Mohs (HM).             

Méthode par mesure de la pénétration d’un objet calibré : 

                  Dureté Shore (A et D) pour les caoutchoucs, élastomères et les plastiques.

                  Dureté Janka et dureté Monnin : pour le bois.

                  Dureté Brinell (HB), Vickers (HV), Rockwell (HR) : pour les métaux et d’autres matériaux.

Il existe d’autres échelles de dureté qui utilisent également la pénétration d’un objet mais elles ne seront pas développées ici (Knoop, Barcol, Vicat, Berkovich…).

La dureté MOHS

L’échelle de Mohs fut inventée en 1812 par le minéralogiste allemand Friedrich Mohs afin de mesurer la dureté des minéraux. Elle est basée sur dix minéraux facilement disponibles, classés du plus tendre au plus dur.

D’après Wikipédia

la dureté mesurée par pénétration

Les duretés présentées ici nécessitent des appareils de grande précision capables d’exercer des forces importantes (plus de 30 000 N soit le poids de 3 tonnes). Ces machines sont très coûteuses et sont réservées à des laboratoires d’analyses industrielles.

La dureté Vickers :

La mesure de dureté Vickers se fait par enfoncement d’une pointe pyramidale normalisée en diamant de base carrée. On applique une charge (F) de 5 à 100 kg et on mesure la diagonale de l’empreinte

La dureté Brinell :

La mesure utilise le même principe que la dureté Bikers mais, ici, le pénétrateur est une bille en acier trempé ou en carbure de tungstène, l’empreinte est une calotte sphérique.

On applique une charge (F) de 500 ou 3000 kg-force et on mesure le diamètre de l’empreinte.

La dureté Rockwell :

Les essais de dureté Rockwell sont aussi des essais de pénétration. On utilise un cône en diamant ou une bille en acier trempé.

L’essai se déroule en trois phases :

  • Application sur le pénétrateur d’une charge initiale F = 98 N (10 kg). Le pénétrateur s’enfonce d’une profondeur initiale
  • Application d’une force supplémentaire F’. Le pénétrateur s’enfonce plus profond ;
  • Relâchement de la force F’ et lecture de l’indicateur d’enfoncement.

Les échelles de dureté utilisées pour le bois

La dureté Monnin ou indice de Chalais-Meudon :

La dureté Monnin est une mesure prise sur un bois contenant entre 10 et 12% d’humidité. Elle permet de tester sa résistance à la pénétration sur la face radiale du bois. Ce test est réalisé à l’aide d’un cylindre métallique long de plus de 20 mm et de 30 mm de diamètre, avec une force appliquée de 1960 N (200 kg). Le résultat de ce test permet de classer les essences de bois par niveau de dureté entre 0 et 15.
– Bois très tendre : Dureté Monnin < 1,5

– Bois tendre : Dureté Monnin comprise entre 1,5 et < 3

– Bois mi-dur : Dureté Monnin entre 3 et < 6

– Bois dur : Dureté Monnin comprise entre 6 et < 9

– Bois très dur : Dureté Monnin > 9

La dureté Janka :

Le test de dureté Janka détermine la résistance du bois à l’enfoncement ; il mesure la force nécessaire pour enfoncer dans le bois, jusqu’à la moitié de son diamètre, une bille d’acier de 11,284 mm (0,444 pouce).

Cette méthode, qui laisse une empreinte dans le bois testé, a été mise au point par Gabriel Janka au tout début du XXe siècle. Elle s’utilise sur des échantillons de bois séchés jusqu’à un taux de 12 % d’humidité et les résultats s’expriment en livres (lb), en kilogrammes (kg) ou en newtons (N). 

A titre d’exemple, la dureté Janka du balsa est 32 kg et celle du aito (Filao) peut aller jusqu’à 2 000 kg. Le pin des caraïbes est à 190 kg et le teck à 500 kg

.

La dureté Shore

Nommée d’après son inventeur, Albert Ferdinand Shore (1876-1936), la dureté Shore offre différentes échelles pour mesurer la dureté de différents matériaux. L’échelle de Shore est principalement utilisée pour les élastomères, certaines matières plastiques, les cuirs et parfois le bois. Cette échelle a été développée dans un but de réaliser des mesures hors laboratoire avec un duromètre Shore portable (par exemple pour mesurer la dureté des pneus de véhicules).
La mesure est basée sur la déformation d’un ressort en fonction d’un déplacement connu. La raideur du ressort détermine donc la gamme de l’appareil.
Il existe douze échelles de mesure Shore mais les plus courantes sont les échelles A et D, reconnues par des normes ISO 868 et ISO 48-4. Shore A (pour les matériaux mous) ; Shore D (pour les matériaux durs).
Le cadran du duromètre est gradué en degrés SHORE de 0 à 100, de mou à dur.