M104 Materiaux Aeronautique
M104 Materiaux Aeronautique
M104 Materiaux Aeronautique
L’AERONAUTIQUE
TECHNICIEN SPECIALISE EN
AEROSTRUCTURE
AJUSTAGE, MONTAGE DE
CELLULES D’AERONEFS
Manuel de cours
Module 04
LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
1. PRESENTATION DU MODULE
Le module 04 du Aerost-Ajustage Montage « DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE » de
compétence transversale qui a une durée de 30 heures.
L’objectif de ce module est de permettre au stagiaire d’acquérir les connaissances et les habilités nécessaires
pour pouvoir maitriser les dossiers techniques de production utilisées en ajustage montage, en respectant les
règles d’hygiène et de sécurité, procéder aux différents renseignement des documents et de suivi des opérations
pour la réalisation de produit conforme au exigence client.
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
B. Énoncer le rôle des B1. Interpréter la désignation Désignation normalisée des : En groupe, apports et échanges
constituants des normalisée des matériaux utilisés en - Aciers – fontes ; interactifs réalisés par le
matériaux utilisés en aéronautique - Cuivre et alliages ; formateur.
aéronautique - Aluminium et alliages ;
- Alliages de zinc ;
- Alliages de nickel ;
- Alliages de magnésium ;
- Alliages de titane ;
- Matériaux plastiques. 20 %
B2. Indiquer la composition des La composition des matériaux
matériaux utilisés en aéronautique utilisés en construction
aéronautique
B3. Indiquer le rôle des constituants L’action des constituants sur les
des matériaux utilisés en caractéristiques :
aéronautique sur leurs - Physiques
caractéristiques physiques, - Mécaniques
mécaniques et métallurgiques - Métallurgiques
C. Décrire les procédés C1. Citer les principaux procédés Les principes et la classification des En groupe :
d’élaboration et de mise utilisés en construction aéronautique procédés d’obtention de pièces : - Apports et échanges interactifs
en œuvre des matériaux - Pièces usinées réalisés par le formateur ;
utilisés en construction - Pièces chaudronnées - Procéder à un relevé́
aéronautique - Pièces soudées d’informations pertinentes ;
- Pièces assemblées - Organiser les informations 20 %
- Pièces élaborées en matériaux recueillies à l’aide des outils
composites fournis par le formateur.
C2. Caractériser les principaux Les paramètres de réglage des
procédés utilisés en construction procédés et de leur domaine de
aéronautique variabilité
D. Décrire le rôle des D1. Citer les principaux procédés de Les principaux procédés de En groupe :
traitements de surfaces et traitements thermiques et leur rôle traitements thermiques utilisés en 20 %
construction aéronautique
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
1. RESUME THEORIQUE
2.1 Exprimer les caractéristiques physiques, mécaniques et
métallurgiques des familles de matériaux utilisés en
aéronautique.
2.1.1 Distinguer les matériaux utilisés en construction
aéronautique et leurs caractéristiques
La typologie des matériaux utilisés en aéronautique
INTRODUCTION ET DEFINITIONS :
Toutes les machines, tous les objets (naturels ou artificiels) qui nous entourent et/ou que nous
utilisons dans tous les domaines sont fabriqués à partir des matières ou des produits d’origines
naturelles ou aussi artificielles.
Donc un matériau (liquide, solide ou gaz) est, par simple définition, tout produit utiliser pour
la fabrication d’un objet.
Exemples :
Le sable, l’eau, les pierres : pour la fabrication des bâtiments,
Le cuivre, pour la fabrication des câbles électriques,
La laine, pour la fabrication des vêtements, …etc.
Ces matériaux peuvent être d’origines naturelles :
• D’origine animale : laine, lait, cuir, …
• D’origine végétale : bois,
• D’origine minérale : or, fer,
• Ou d’origines artificielles comme les ciments, les briques, etc…
Parmi ces matériaux, on trouve une classe très importante qui est celle des matériaux
métalliques ou simplement les métaux.
Les métaux sont donc, des matériaux dont les atomes sont unis par des liaisons métalliques.
Il s'agit de corps simples ou d'alliages le plus souvent durs, opaques, brillants, bons
conducteurs de la chaleur et de l'électricité. Ils sont généralement malléables, c'est-à-dire
qu'ils peuvent être martelés ou pressés pour leur faire changer de forme sans les ne fissurer
ni les briser. De nombreuses substances qui ne sont pas classées comme métalliques à
pression atmosphérique peuvent acquérir des propriétés métalliques lorsqu'elles sont
soumises à des pressions élevées.
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
Les métaux possèdent de nombreuses applications courantes, et leur consommation s'est très
fortement accrue depuis les années 1980, au point que certains d'entre eux sont devenus des
matières premières minérales critiques.
Les métaux sont classés en deux grandes classes les métaux ferreux et les métaux non ferreux.
Les métaux ferreux : Le Fer, métal tenace et malléable, utilisé pour les grilles de jardin,
portails, clôtures. La Fonte, alliage de fer et de carbone, qui utilisée pour les radiateurs, les
garde-corps et certaines canalisations. L'Acier doux, mélange de fer et de carbone, utilisé dans
la construction sous forme de poutrelles ou de tôles, que l'on retrouve dans des grilles, portes,
volets...
Tous ces matériaux doivent protégés de l'oxygène et de l'humidité.
Les métaux non ferreux :
Le Zinc, qui s'altère peu, est utilisé pour les gouttières, les couvertures de maison.
L'Aluminium, qui se retrouve sur fenêtres, portes et portails grâce à sa résistance aux
intempéries. Le Cuivre, inaltérable à l'eau et à la vapeur d'eau. L'Acier galvanisé, acier enrobé,
qui est utilisé pour des portes de garages, des rambardes. Sur ces métaux, on est appelé à
appliquer une sous-couche appropriée avant la finition.
L’ALUMINIUM :
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Désignation :
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Indique le groupe de l'alliage défini par Indique une modification Correspond à la
le ou les constituants principaux : éventuelle de composition désignation
1 - aluminium non allié chimique par rapport à commerciale de
2 - cuivre l'alliage d'origine : l'alliage.
3 - manganèse Exemples (désignation ALCOA)
4 - silicium A-U4G --> 0
5 - magnésium A-U2G --> 1
6 - magnésium + silicium A-U2GN --> 6
7 - zinc
8 - autres éléments
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LA DENSITÉ :
La densité d'un solide (ou d'un liquide) est le rapport de la masse volumique du solide (ou du
liquide) considéré à la masse volumique de l'eau (à + 3,98°C) ou d'air (à 0°C et 760 mm) pour
les gaz.
La densité est une grandeur sans dimension et sa valeur s’exprime sans unités de mesure.
LA TEMPÉRATURE DE FUSION :
C'est la température à laquelle un corps passe de l'état solide à l'état liquide.
COEFFICIENT DE DILATATION :
C'est l'accroissement de longueur, de l'unité de longueur, d'un corps soumis à une élévation
de température d’un degré.
Cela conditionne la stabilité dimensionnelle d'un matériau en fonction des variations de
température.
CONDUCTIBILITÉ THERMIQUE :
Aptitude à transmettre plus ou
moins bien la chaleur.
CONDUCTIBILITÉ ELECTRIQUE :
Propriété que possèdent
certains corps à laisser passer
facilement le courant
électrique.
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LE MAGNÉTISME :
Le magnétisme est la propriété des métaux ferreux d'être attirés par les aimants. Seuls les
métaux ferromagnétiques sont sensibles aux aimants.
Les métaux ne contenant pas de fer, comme le cuivre, l'aluminium, et le laiton ne sont donc
pas soumis aux effets du magnétisme.
Les matériaux sont produits à partir de matières premières suite à différentes transformations
qui vont utiliser de l'énergie. On va donc produire des rejets nuisant à l'environnement. Cette
production a donc un coût qui s'ajoute au coût de la matière première de départ. En effet la
rareté ou l'abondance d'une matière première à la surface de la terre est un élément
primordial pour le coût d'un matériau.
A chacune des étapes de son cycle de vie, un objet technique, suivant les matériaux qui le
composent, porte atteinte à l’environnement.
Il consomme des ressources naturelles et participe à l’épuisement de celles-ci. Il est à l’origine
de rejets de substances dangereuses dans l’environnement (eaux usées, gaz d’échappement,
CO2, produits dangereux…) qui peuvent polluer l’eau, l’air et le sol, renforcer
le réchauffement climatique et influencer la santé de l’homme et des autres êtres vivants. Il
produit des déchets et peut parfois détruire des écosystèmes naturels et ainsi provoquer la
perte de la biodiversité.
Le choix des matériaux entrant dans la fabrication d’un objet technique doit être fait avec
l’objectif de réduire, voire supprimer, les impacts environnementaux de cet objet sur toute sa
vie, de sa naissance à sa fin de vie, et de pallier l’épuisement des ressources naturelles
disponibles sur terre.1
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https://blogpeda.ac-bordeaux.fr/techno6vds/3-materiaux/3-3-impact-environnemental-des-materiaux/
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o Dureté ;
C’est l'aptitude d'un métal à résister à l'abrasion, à la pénétration, à l'action de coupe, ou à la
déformation permanente.
o Résilience ;
Aptitude du matériau à résister aux chocs ou autres déformations sans rompre ou se fissurer,
C’est l’inverse de la fragilité
o Traction ;
Un essai de traction est une expérience de physique qui permet d'obtenir des informations
sur le comportement élastique, le comportement plastique et le degré de résistance à la
rupture d'un matériau, lorsqu'il est soumis à une sollicitation uni axiale.
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
o Flexion ;
La flexion est la déformation d'un objet sous l'action d'une charge. Elle se traduit par une
courbure. Dans le cas d'une poutre, elle tend à rapprocher ses deux extrémités. Dans le cas
d'une plaque, elle tend à rapprocher deux points diamétralement opposés sous l'action.
o Torsion ;
La torsion est le fait de vriller une pièce, comme lorsque l'on essore une serpillière — notons
que dans le langage courant, « tordre » désigne plutôt ce que l'on appelle la flexion en
mécanique.
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o Fatigue.
La fatigue est l'endommagement local d'une pièce sous l'effet d'efforts variables : forces
appliquées, vibrations, rafales de vent, etc. Alors que la pièce est conçue pour résister à des
efforts donnés, la variation de l'effort, même à des niveaux bien plus faibles que ceux pouvant
provoquer sa rupture, peut à la longue provoquer sa rupture. Les essais de fatigue permettent
de déterminer la résistance des matériaux à de telles faibles charges répétées.
o Traction :
L'essai le plus fréquemment utilisé afin de déterminer le comportement mécanique
d'un matériau est l'essai de traction. Cet essai est caractérisé par sa facilité de mise en
œuvre et par la richesse des informations fournies. On exerce une force de traction sur
un barreau de dimension standardisée, jusqu'à sa rupture, en suivant un processus de
mise en charge à une vitesse de déformation constante. L’éprouvette d'essai est
prélevée dans le matériau à caractériser et usinée à des dimensions normalisées, afin
d'assurer une meilleure comparaison des essais effectués dans différents laboratoires.
Pour chaque type de matériau, il existe un type d’éprouvette.
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o Compression :
L’essai de compression consiste à soumettre une éprouvette de forme cylindrique, placée
entre les plateaux d’une presse, à deux forces axiales opposées. Si le matériau étudié est
ductile, la rupture ne peut être atteinte avec ce test. L’essai de compression est surtout utilisé
pour déterminer la contrainte de rupture des matériaux fragiles (comme les céramiques) qui
sont difficiles à usiner pour un essai de traction.
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
o Cisaillement :
À la différence d’un essai de traction ou de compression, un essai de cisaillement implique que
toutes les sollicitations soient tangentielles à la surface d’application et qu’elles soient
parfaitement égales en tous points de cette surface. Il ne doit y avoir aucune sollicitation
perpendiculaire à cette surface.
C’est un essai très intéressant pour évaluer un collage ou une liaison céramo-métallique.
Un essai de cisaillement est très difficile à réaliser sans qu’il apparaisse des forces parasites
qui faussent les résultats. La figure 10 présente un essai de cisaillement pour étudier le collage
d’un verrou orthodontique (en rouge) sur la face vestibulaire d’une dent. La lame de la
guillotine (en bleu) vient pousser le verrou. La surface d’application de l’essai est la surface de
collage du verrou.
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
o Flexion simple :
L’essai de flexion 3 points permet également de mesurer la résistance à la rupture d'un
matériau. Une barrette du matériau à tester est placée sur deux appuis et l'on applique au
centre de la barrette une force croissante jusqu'à rupture. Comme l’essai de compression,
l’essai de flexion ne permet généralement pas d’atteindre la rupture des matériaux ductiles.
L’essai de flexion est surtout adapté aux matériaux fragiles.
Cet essai se caractérise par la simplicité du montage de l’éprouvette et sa géométrie simple
(peu ou pas d’usinage). Lors du test, la partie supérieure est en compression et la partie
inférieure en traction.
Il existe d’autres types d’essais de flexion comme le test de flexion 4 points, similaire à l’essai
de flexion 3 points avec l’avantage de ne pas positionner l’appui au niveau de la zone de
rupture. Ceci est en effet une limitation du système à trois points où l’appui central peut
endommager l’éprouvette et fausser ainsi les résultats en entraînant une rupture précoce de
celle-ci.
L’essai de Charpy (essai de résilience) est également un essai de flexion où l’éprouvette est
brisée par un choc. Il est décrit plus loin.
o Torsion :
Les composants soumis à des mouvements rotatifs sont sollicités en rotation. Cette rotation
est également appelée torsion. La résistance de torsion déterminée par l’essai de torsion sert
d’orientation pour connaître la sollicitation admissible du matériau. Cette méthode est utilisée
pour les arbres, axes, fils métalliques et ressorts, ainsi que pour évaluer le comportement de
ténacité des aciers à outils.
Lors de l’essai de torsion, une éprouvette est fermement fixée à une extrémité, et soumise à
l’autre extrémité à un couple en croissance constante, le moment de torsion. Le moment de
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o Aciers – fontes
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Les aciers fortement alliés possèdent au moins un élément d’addition dont la teneur
dépasse 5% en masse.
Utilisation : ces aciers sont réservés à des usages particuliers. Par exemple, dans un milieu
humide, on utilisera un acier inoxydable qui est un acier fortement allié avec du chrome (%
chrome > 11%).
Désignation :
- La lettre « X »,
- Un nombre égal à 100 fois la teneur en carbone,
- Les symboles chimiques des éléments d’addition dans l’ordre des teneurs décroissantes,
- Dans le même ordre, les teneurs des principaux éléments.
Exemple : X6 Cr Ni Mo Ti 17-12 (acier fortement allié avec 0.06% de Carbone, 17% de Chrome,
12% de Nickel, du Molybdène et du Titane (moins de 12%)) X4 Cr Mo S 18 (acier fortement
allié avec 0.04% de Carbone, 18% de Chrome, du Molybdène et du Soufre (moins de 18%))
Les fontes à graphite lamellaire, appelées « fontes grises » sont très utilisées car elles :
- Sont économiques,
- Amortissent bien les vibrations,
- Ont une bonne coulabilité et usinabilité,
- Sont peu oxydables,
- Ont une bonne résistance à l’usure par frottement,
- Résistant bien aux sollicitations de compression.
Utilisation : carters, bâtis, blocs moteur, pièces aux formes complexes, …
Désignation : après le préfixe « EN », les fontes sont désignées par le symbole « GJL » suivi de
la valeur en MPA (méga Pascals) de la résistance minimale à la rupture par extension.
Exemple : EN-GJL-300 (fonte à graphite lamellaire de résistance Re mini = 300MPa)
Les fontes malléables à Graphite Sphéroïdale :
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Les fontes à graphite sphéroïdale sont obtenues par adjonction d’une faible quantité de
magnésium avant moulage. Elles sont plus légères et ont une meilleure résistance mécanique
que les fontes grises.
Utilisation : étriers de freins, culbuteurs, vilebrequins, tuyauteries soumises à hautes
pressions
Désignation : après le préfixe EN, les fontes sont désignées par le symbole (GJMW, GJMB, GJS)
suivi de la valeur en méga Pascals de la résistance minimale à la rupture par extension et du
pourcentage de l’allongement après rupture.
Exemple : EN-GJS-400-18 (fonte à graphite sphéroïdale de résistance Re mini = 400MPa et
d’allongement A% = 18).
o Cuivre et alliages ;
Il existe de très nombreux alliages de cuivre dont les plus connus sont : les bronzes, les laitons,
les cupro-aluminiums, les cupronickels et les maillechorts.
Les laitons sont faciles à usiner et ont une bonne résistance à la corrosion. Ils peuvent être
moulés ou forgés. Ils sont utilisés pour les pièces décolletées, tubes, …
Les bronzes ont une bonne résistance à la corrosion, un faible coefficient de frottement et
sont faciles à mouler. Ils sont utilisés pour réaliser, entre autre, les coussinets et bagues de
frottement.
Désignation : c’est un code numérique. Il peut éventuellement être suivi par une désignation
utilisant les symboles chimiques.
Exemple : CW612N (Cu Zn 36 Pb 3) (alliage de cuivre avec 36% de Zinc et 3 % de Plomb).
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o Aluminium et alliages ;
L’aluminium est obtenu à partir d’un minerai appelé bauxite. Il est léger (densité = 2.7), bon
conducteur d’électricité et de chaleur. Sa résistance mécanique est faible, il est ductile et
facilement usinable. Il est très résistant à la corrosion.
Utilisation : aéronautique du fait de sa légèreté
Désignation : la désignation utilise un code numérique. Il peut éventuellement être suivi par
une désignation utilisant les symboles chimiques.
Exemple : EN-AW-2017 (Al Cu 4 Mg Si) (alliage d’aluminium avec 4% de cuivre, du Magnésium
et du Silicium (moins de 4%))
o Alliages de zinc ;
Les alliages de zinc normalisés en fonderie sont le plus souvent alliés à l’aluminium (de 4 à
30%) et contiennent parfois de faibles additions de magnésium (de 0,012 à 0,06%) et de cuivre
(jusqu’à 3%).
Désignation :
Z - A4 - G :
Z, Symbole métallurgique (zinc).
A4, 1er élément d'addition, avec 4% d'aluminium.
G, 2ème élément d'addition, faible teneur de magnésium (non précisée).
o Alliages de nickel ;
Le nickel est l'élément d'addition le plus répandu dans les alliages modernes, aussi bien à des
teneurs élevées qu'aux teneurs moyennes ou faibles. L'addition de nickel dans les aciers et les
alliages permet d'obtenir des matériaux qui sont de résistance mécanique plus élevée (aciers
de construction), résistants à la corrosion (aciers inoxydables, nickel-cuivre, cupronickels),
résistants à chaud (aciers réfractaires, superalliages), non fragiles à froid (aciers à 9 p. 100 de
nickel) ou ayant des propriétés particulières de dilatation (ferronickels),
de magnétisme (alliages à haute perméabilité magnétique, alliages pour aimants), etc.
o Alliages de magnésium ;
Le magnésium est très malléable, ductile mais peu tenace. Pour améliorer ses propriétés
d'usage dans des domaines précis, on a créé des alliages, que l'on peut regrouper en plusieurs
familles correspondant, du reste, à l'évolution chronologique. Les premiers mis au point sont
encore considérés comme les alliages classiques et rencontrés dans de très fréquentes
applications. Ils contiennent essentiellement de l'aluminium et du zinc. Une addition faible
de manganèse améliore leur propriétés mécaniques et leur résistance à la corrosion. Plus
récemment, on a découvert le rôle remarquable de l'addition de zirconium : en structure de
solidification, et également après déformation plastique par forgeage, laminage ou extrusion,
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
o Alliages de titane ;
Le titane est souvent considéré comme un matériau exotique et inabordable car trop
longtemps assimilé à des secteurs d’activité très pointus, high-tech ou confidentiel, comme
par exemple le domaine médical, l’aéronautique ou l’armement.
Pourtant, de par ses propriétés incroyables, il reste le matériau idéal et parfaitement adapté
à une multitude d’autres applications, plus communes et usuelles.
Le titane est aujourd’hui reconnu pour ses multiples propriétés physiques et mécaniques
extraordinaires comme la solidité, qui en fait par exemple un métal
particulièrement résistant à la corrosion et à l’érosion, mais aussi la biocompatibilité, la
faible densité qui lui confère une extrême légèreté, ses qualités esthétiques,
Désignation :
Ti - A5 - E2 :
Ti, Symbole métallurgique (titane).
A5, 1er élément d'addition avec 5% d'aluminium.
E2, 2ème élément d'addition avec 2% d'étain.
o Matériaux plastiques.
Un plastique est un mélange dont le constituant de base est une résine ou polymère, à laquelle
on associe des adjuvants (plastifiants, antioxydants, …) et des additifs (colorants,
ignifugeants).
Les thermoplastiques :
Très nombreux, ils sont les plus utilisés. Ils
ramollissent et se déforment à la chaleur. Ils
peuvent être refondus et remis en œuvre un
grand nombre de fois.
Exemples : ABS, PMMA, PTFE, PP
Les thermodurcissables :
Ils ne ramollissent pas et ne se déforment
pas sous l’action de la chaleur. Une fois
créés, il n’est plus possible de les remodeler
par chauffage.
Exemples : EP (araldite), UP (polyester).
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
• Les alliages :
Un alliage est le mélange d’un métal avec un ou plusieurs éléments chimiques. Par exemple,
l’acier est obtenu à partir de fer et de carbone. Un alliage combine les propriétés de plusieurs
éléments et permet d’obtenir de meilleures caractéristiques. Ainsi, l’acier inoxydable ne
s’oxyde pas grâce au chrome qui entre dans sa composition et qui ne rouille pas.
Voici quelques alliages couramment utilisés avec leurs propriétés :
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
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Conductibilité Le cuivre
Capacité de laisser passer la chaleur
thermique La fonte
o Mécaniques :
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Propriété Exemples de
Description
mécanique matériaux
Le verre
Fragilité Capacité de se casser facilement
La porcelaine
La fonte
Résilience Capacité de résister aux chocs
La mélamine
Le béton armé
Rigidité Capacité de résister à la déformation
Le contreplaqué
o Métallurgiques :
Les matériaux métalliques sont surtout utilisés pour leurs caractéristiques afin d’apporter des
solutions techniques. En voici quelques-unes :
• La masse volumique ou densité :
Souvent exprimée en kg/m3 ou en g/cm3, la masse volumique des métaux peut aller de 0,534
g/cm3 pour le lithium à plus de 22,587 g/cm3 pour l’osmium. Ainsi, les métaux peuvent donc
être considérés comme des matériaux relativement lourds.
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
Exemple :
- Aluminium ; 2,7g/cm³.
• La conductivité électrique :
C’est la capacité d’un matériau à permettre la circulation de l’électricité. Elle s’exprime
en Siemens par mètre (S/m). Les matériaux métalliques sont en majorité de bons conducteurs
électriques. En voici les meilleurs :
Exemple :
- Aluminium 36,9.106 S/m.
- Cuivre 58,7.106 S/m
• La conduction thermique :
C’est la capacité d’un matériau à permettre la circulation de la chaleur. Elle s’exprime en Watts
par Mètre Kelvin (W/m. K). Les matériaux métalliques sont en majorité de bons conducteurs
thermiques. En voici les meilleurs :
• La dureté :
C’est la résistance d’un matériau à la pénétration d’un autre matériau et sa résistance à
l’usure. Il existe plusieurs échelles de mesure pour la dureté des matériaux. Les échelles
de Vickers (HV) et Brinell (HB) se basent sur la mesure de la pénétration d’une pièce dans le
métal. L’échelle de Mohs mesure la capacité du matériau à être rayé par un matériau de
référence. Cette échelle est surtout utilisée en minéralogie car les références sont les duretés
des pierres allantes de 1 pour le talc à 10 pour le diamant.
Exemple :
- Aluminium 2,5.
- Acier 8.
- Fer 4.
- Cuivre et Argent 3
• L’oxydation ou corrosion :
C’est l’altération d’un matériau par réaction chimique avec un oxydant. Très souvent,
le dioxygène réagit avec les métaux en surface pour former une couche d’une couleur
différente. Avec le fer et l’acier la corrosion forme de la rouille de couleur orange. Avec le
cuivre, le bronze et le laiton l’oxydation génère du vert de gris de couleur verdâtre. Il existe
certains métaux qui ne s’oxydent pas : l’or, l’aluminium ou le chrome par exemple.
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
• La limite d’élasticité :
C’est la résistance d’un matériau à l’étirement sans se rompre. On mesure la pression
en GigaPascal (GPa) à partir de laquelle le matériau commence à se déformer lorsqu’il est
étiré. On appelle ça aussi le module de Young ou le module d’élasticité. Plus la valeur est petite
et plus le matériau est élastique.
Exemple :
- Fer 196 GPa.
- Cuivre 124 GPa.
Ci-après, seront décrits les principes et la classification des procédés d’obtention de pièces.
o Pièces usinées :
1. Procéder d’usinage conventionnel :
• Principe général :
Définition : L'usinage rassemble tous les procédés visant la production de pièces aux cotes et
tolérances demandées à partir de pièces brutes et ce, par machine conventionnel ou
numérique à l'aide d'un outil de coupe Les pièces brutes peuvent être des lingots coulés ou
aussi des produits d'autres procédés comme le moulage, le frittage ou le forgeage.
• Tournage :
Le tournage permet, par le biais d'un outil de coupe, d'obtenir des formes géométriques, aussi
bien intérieures qu'extérieures : (surfaces cylindriques, surfaces coniques, filetages).
• Fraisage :
Principe général Le fraisage permet, par le biais d'un outil à tranchants multiples appelé
fraise, d'obtenir des formes ; (Profils, hélices, cames, …).
• Alésage :
Principe et applications : Ce procédé consiste à mettre aux cotes désirées, à l'aide d'un outil à
tranchant unique (appelé grain) ou multiples (alésoir), des trous cylindriques (borgnes ou
débouchant).
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
• Mortaisage :
Principe : Ce procédé permet, par le biais d'un outil à tranchant unique, d'obtenir des surfaces
à génératrices rectilignes et parallèles.
• Brochage :
Principe : Ce procédé permet de réaliser de façon rapide des surfaces à génératrices rectilignes
(ou aussi hélicoïdales pour des surfaces intérieures) et ce, à l'aide d'outils à tranchants
multiples appelés broches.
• Perçage :
Principe : Ce procédé permet, de façon économique et par le biais d'un outil à tranchant
multiples appelé mèche ou foret, de réaliser des trous cylindriques.
• Rectification :
Principe : Ce procédé met en œuvre un grand nombre d'outils tranchants minuscules (abrasifs)
incorporés dans une meule, pour donner au pièces à usiner un excellent état de surface. De
par leur nature, les abrasifs sont capables d'usiner des métaux plus durs que ceux usinables
par les procédés déjà vus.
• Électroérosion :
Principe : L'usinage se passe par arrachement de particules de la pièce à usiner. Cette
opération se passe dans un liquide diélectrique par la création d'un arc électrique entre l'outil
et la pièce qui se comportent comme deux électrodes.
2. Machines outil à commande numérique (MOCN)
• Physionomie d'une MOCN :
Structure mécanique : Elle permet le déplacement précis des outils selon ses axes et
ce, malgré les efforts engendrés par la coupe du métal. Elle permet également le
déplacement de l'outillage servant à la coupe du métal et à la fixation de la pièce.
Système de contrôle : Il commande les déplacements relatifs de l'outil par rapport à la
pièce. Il s'occupe également des différentes tâches connexes à l'opération de la
machine.
• Principales caractéristiques (relativement à une machine-outil conventionnelle) :
Possibilité d’interpolation circulaire ou autre.
Plus grande précision.
Plus grande résistance à l'usure des rails, vis, et transmissions.
Plus d'axes : Traditionnellement on retrouvait des machines à trois axes, pouvant faire
des interpolations circulaires dans l'espace et des machines à deux axes et demi ne
pouvant interpoler que dans un des plans principaux. Ensuite, apparaissent les
machines à six axes : trois en translation X, Y et Z et trois en rotation A, B et C,
relativement à X, Y et Z respectivement. Plus récemment, on retrouve des machines à
20 ou même 30 axes.
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o Pièces chaudronnées :
• Le forgeage :
Le forgeage permet de déformer par choc des bruts de métal pour obtenir des formes
complexes. Le forgeage augmente la « solidité » de la pièce et donc permet de réduire sa
masse (exemple : bielles ou pistons forgés dans les voitures de compétition).
• Le cisaillage :
Le cisaillage permet la séparation totale ou partielle d’un élément métallique à l’aide de deux
lames dont l’une, au moins, est mobile.
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• Le poinçonnage :
Un poinçon percute une tôle posée sur une matrice.
• Le pliage :
Une presse exerce une force sur une pièce reposant sur un ou plusieurs appuis ou encastrée
à une extrémité.
La pièce se déforme au-delà de sa limite élastique et conserve donc sa forme pliée.
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• L’emboutissage :
L’emboutissage est un procédé de formage par déformation plastique d’une surface de métal
entraînée par un poinçon dans une matrice.
Ce procédé permet d’obtenir rapidement et à moindre frais des tôles embouties.
Exemples :
Portière de voiture
Corps de serrure en tôle emboutie
Récipient de cuisine en tôle emboutie
• Le roulage :
Le roulage permet de plier des tôles pour en faire des tubes, des vis ou d’autres formes
(principalement de révolution).
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o Pièces soudées :
Le soudage est un procédé qui permet d’assembler des pièces métalliques, des tôles, des
tubes, etc, …
Le principe est de fondre les deux pièces à assembler en les chauffant (flamme, arc électrique,
explosifs, laser ou autre).
On ajoute un métal d’apport (l’électrode ou du fil déroulant) qui améliore les caractéristiques
mécaniques du cordon de soudure.
Une soudure de qualité est très résistante (parfois même plus solide que les pièces support).
La liaison est évidemment indémontable.
On peut souder à l’air libre, sous gaz inerte ou sous l’eau avec le matériel adapté.
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o Pièces assemblées :
Pour réaliser ou fabriquer un produit, il faut assembler tous les éléments qui le composent.
Ces éléments peuvent être de matériaux et de formes différentes nécessitant parfois des
procédés d’assemblage différents. Dans le domaine industriel, il existe plusieurs techniques
d’assemblage qui permettent de fixer les éléments d’un produit les uns aux autres.
b. Le brasage :
Le brasage est un procédé d’assemblage qui consiste à assembler deux matériaux de natures
différentes à l’aide d’un métal d’apport dont la température de fusion est inférieure à celle
des matériaux des pièces assemblées.
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c. Le soudage :
Le soudage est un procédé qui consiste à assembler des métaux ou des matériaux
plastiques par chauffage ou par effet de fusion.
On fait fondre le matériau jusqu’à obtenir un assemblage, le résultat obtenu est une
soudure obtenue grâce à un poste à souder.
Un procédé de soudage est un assemblage définitif et irréversible.
d. Le vissage :
Le vissage est un procédé d’assemblage qui consiste à réaliser la fixation d’une ou de plusieurs
pièces par pression au moyen d’une vis de fixation.
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Une vis de fixation est composée d’une tige filetée et d’une tête, elle s’accompagne souvent
d’un écrou pour l’assemblage de 2 pièces.
Il existe plusieurs profils de tête de vis dont 2 connus :
• la tête de vis à profil fente dont le vissage est obtenu grâce un tournevis plat.
• la tête de vis constituée de 2 fentes perpendiculaires (appelé profil "Phillips") dont le
vissage est obtenu grâce à un tournevis cruciforme.
e. Le rivetage :
Le rivetage est un procédé d’assemblage permanent de pièces qui se réalise grâce à un rivet.
Le rivet est une tige métallique munie d’une tête à son extrémité.
L’assemblage des pièces se fait par écrasement de l’autre extrémité de la tige jusqu’à obtenir
une extrémité aplatie afin de solidariser les pièces que l’on veut assembler.
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Par Emboutissage
Par Injection
Par Tissage
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surfaces intérieures sont recouvertes de panneaux de finition. Les casiers à bagages dans
lesquels sont intégrés les éclairages individuels et les masques à oxygène destinés aux
passagers sont alors installés. Les sièges, les cuisines et les toilettes préassemblés sont
transportés à la main et fixés au plancher, ce qui permet de configurer rapidement la cabine
conformément aux besoins du client. On installe ensuite les groupes motopropulseurs, le train
d’atterrissage et l’avionique. Le fonctionnement de tous les éléments est rigoureusement
contrôlé avant le remorquage vers une station de peinture séparée, où une couche d’apprêt
est appliquée (en principe à base de chromate de zinc), suivie d’une couche de peinture
décorative à base d’uréthane ou d’époxy. Enfin, avant la livraison, l’avion est soumis à une
série intensive d’essais au sol et en vol.
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b. Le titane est utilisé pur ou sous forme d’alliages contenant des éléments tel que
l’aluminium ou le vanadium :
Nous effectuons des traitements thermiques de recuit ou de détensionnement ayant pour but
de réduire des contraintes liées à des opérations de formage ou de soudure.
c. Les aciers sont généralement considérés inoxydables lorsque leur teneur en chrome
est supérieure à 12% de leur composition totale :
Ces traitements, en éliminant l’écrouissage, vont permettre d’appliquer d’autres étapes de
déformations sur les pièces sans risquer de les fissurer.
d. Aluminium :
Les traitements thermiques appliqués aux alliages d’aluminium peuvent être classés en trois
groupes :
Les traitements d’homogénéisation ;
Les traitements d’adoucissement ;
Les traitements de durcissement structural ;
Le traitement de recristallisation :
Avant d’aller plus loin dans ce traitement, on doit différencier les notions de travail à chaud
et de travail à froid. Ces expressions ne font pas référence à un intervalle de température mais
à une température précise appelée « température de recristallisation ».
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Le REVENU :
- Chauffage à 150 à 200 °C,
- Maintien entre 5 à 25 heures, en fonction de l'alliage.
- Refroidissement à l'air ambiant
Le RECUIT de RESTAURATION :
Applicable sur tous les alliages auxquels on veut redonner une certaine malléabilité sans
changement de cristallisation.
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Revétements
Voie Humide
Voie sèche
Dépôt électrolytique
Voie Humide Matoplastie
Dépôt chimique
Immersion en métal fondu
Immersion à froid
Placage
Voie sèche Projection thermique
Phase vapeur (PVD, CVD)
Rechargement métallique
Figure 39 : Revêtements métalliques.
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• Agitation Au cours de l’électrolyse, Il est nécessaire de maintenir une certaine agitation pour
uniformiser les concentrations afin d’obtenir un dépôt continu et régulier.
• pH du bain ; les solutions d’électrolytes sont maintenues à un pH constant par addition d’une
substance tampon. Cela permet d’éviter les modifications de qualité du dépôt qui
résulteraient des variations de l’acidité.
• Densité du courant à appliquer dépend du métal à déposer et du type d’application
recherché.
• Nature de l’électrolyte ; un électrolyte c’est un composé qui produit une solution ionique
quand il est dissous dans une solution aqueuse. L’expérience a montré que l’électrolyse de
sels complexes donne des dépôts de meilleure qualité que ceux obtenus à partir des sels
simples.
• Concentration de l’électrolyte ; si la concentration de l’électrolyte augmente, le nombre des
ions devient plus grand et la vitesse de leur décharge croît. Néanmoins, lorsque la
concentration dépasse une limite déterminée, le dépôt devient pulvérulent.
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La trempe :
La trempe consiste à chauffer un matériau à une température dite de changement de phase
pendant le temps nécessaire à la transformation de toute la masse chauffée puis à refroidir
toute cette masse très rapidement.
• La trempe peut suivant la composition du matériau s’effectuer à l’air ou dans l’huile…
Influence de la trempe sur les propriétés mécaniques :
- Augmentation de la limite élastique (Re) ;
- Augmentation de la dureté (H) ;
- Augmentation de la résistance à la rupture (Rr) ;
- Diminution de l’allongement (A%) ;
- Diminution de la résilience (K) ;
Le Revenu :
• Cette technique se pratique après une trempe, par chauffage à une température inférieure
à celle de la trempe.
• Le revenu a pour but de diminuer les effets de la trempe.
• Le revenu permet d’améliorer la ténacité et diminue les tensions internes, en partie
responsables de la fragilité de l’acier trempé, en diminuant très peu la dureté.
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Le Recuit :
• Le recuit est utilisé pour réduire la dureté, augmenter la ductilité et faciliter l’élimination des
contraintes internes.
• L’acier est chauffé pendant un temps plus ou moins long, puis est refroidi lentement.
• Cette technique se fait aussi après un traitement mécanique, une opération de soudage, etc.
Figure 44 : Projection des billes ou grenailles sur le matériau & cabine de grenaillage
Le Polissage :
Technique de « nettoyage » ou d’abrasion de pièce en métaux.
On réalise le polissage grâce à des disques de différents matériaux tournant à grande vitesse,
avec ou sans pâte à polir.
Bien réalisé, le polissage permet de renforcer une pièce en supprimant les zones à risques de
rupture.
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Nitruration :
C’est une méthode obtenue par diffusion d’azote en surface, suivi d’un refroidissement lent,
généralement traitées au préalable par trempe et revenu
Elle donne une plus grande dureté que la cémentation.
Carbonitruration :
Ce traitement est un mélange de cémentation et de nitruration.
Apport en surface de carbone et d’azote par chauffage dans une atmosphère gazeuse entre 600 et 900
degrés C.
L’opération est généralement suivie par une trempe.
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La relation matériau-procédé :
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La perception : les attributs sur lesquels le produit va être jugé (culture, goût ou
mode).
L'intention : ce que le produit doit être dans l'esprit du concepteur (quelles sont ses
priorités).
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
Cette étude morphologique se réalise sur des échantillons solides (poudres, granules, massifs),
liquides ou gazeux.
L’analyse morphologique d’un échantillon utilise des techniques d’imagerie, telles que la
microscopie optique ou la microscopie électronique à balayage (MEB). Ces méthodes
peuvent également informer sur l’épaisseur des couches en présence.
Les défauts macro-géométriques sont quantifiés par l’ondulation. Cette dernière est formée
par des fluctuations de grande longueur d’onde de la surface. Dans le cas de prothèses
usinées, l’ondulation résulte de la flexion de l’outil et/ou de la pièce, des vibrations, de
cliquetis, etc.
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Les défauts micro-géométriques sont quantifiés par la rugosité. Cette dernière est formée par
des fluctuations de courte longueur d’onde de la surface, caractérisée par des pics et des
vallées de l’ordre du micron, d’amplitudes et espacements variables. La rugosité contient des
caractéristiques relatives au procédé d’obtention de la surface.
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Module 04 : DÉCRIRE LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION AÉRONAUTIQUE
FI n° 1000041
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NOM et Prénom :
Date:
Groupe :
───────────────────────────────────────────────────────────────────────────
OBJECTIFS:
Principe:
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1. Renseignements généraux
L’épreuve consiste à analyser un dossier technique d’industrialisation d’une pièce ou d’un ensemble
de pièces de construction aéronautique dont le stagiaire devra :
- Donner les caractéristiques du(des) matériau(x) constitutif(s) ;
- Analyser son(leur) comportement élasto-plastique dans des conditions de charge fournies
dans le dossier technique ;
- Justifier le choix des matériaux, des procédés et des traitements utilisés.
La durée suggérée pour cette épreuve est de 02 heures. Tous les candidats peuvent être évalués en
même temps.
2. Déroulement de l’épreuve
L’examinateur devra préparer le dossier technique d’industrialisation et un questionnaire qui
reprendra les thèmes dont il est question dans les critères d’évaluation retenus. Seuls ces thèmes
feront l’objet de l’évaluation. Ainsi, les habiletés de rédaction du stagiaire ne devraient pas être
considérées pour l’évaluation.
Le stagiaire devra avoir accès à des bases de données techniques (procédés, matériaux, traitements).
Il ne disposera pas de ses notes personnelles
3. Matériel
Questionnaire
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Fiche d’évaluation
Établissement : SANCTION :
RÉSULTAT
1-2. Les propriétés des matériaux et le comportement élasto-plastique des
pièces
1.1 Description correcte des propriétés physiques, mécaniques esthétiques, 0 ou 15
économiques et environnementales des matériaux
2.1 Description correcte du comportement élasto-plastique de pièces 0 ou 15
mécaniques soumises à des sollicitations simples
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Evaluation
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Matériaux Avantage
Fer Bonne conductivité thermique et électrique
Bonne résistance aux chocs
Matériau oxydable
Bonne aptitude à l’usinage
Matériau Lourd
Aluminium Bonne conductivité thermique et électrique
Bonne résistance aux chocs
Bonne aptitude à l’usinage
Faible masse volumique
Acier inoxydable Très Bonne conductivité thermique et électrique
Bonne résistance aux chocs
Bonne aptitude à l’usinage
Grande masse volumique
10. C’est quoi la différence entre les aciers allier et les aciers non allier ?
Acier non allier : Ils contiennent une faible teneur en carbone.
Aciers faiblement alliés : Pour ces aciers, aucun élément d’addition ne
dépasse 5% en masse.
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Traitement Procédure
Trempe - Chauffage à température de mise en solution précise (A-
U4G1 ~ 500 °C),
- Maintien en température,
- Refroidissement rapide dans de l'eau de 15 à 70 °C en
fonction des risques de tensions internes.
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4. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
→ https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/sciences/les-proprietes-des-materiaux-
s1447
→ http://aeronautiques2.free.fr/Alliages.php
→ https://www.univ-chlef.dz/FGCA/wp-content/uploads/2020/11/Technologie-de-
Base-L2-GC-Meziane-El-Hadj.pdf
→ http://hedi.50webs.com/tf2/HCH-FAB%20II-%20partie%201.pdf
→ http://staff.univ-batna2.dz/sites/default/files/bouzeghaia-
nora/files/cours_traitement_de_surface_master1_gm.pdf
→ https://www.ilocis.org/fr/documents/ilo090.htm
→ http://stockage.univ-
valenciennes.fr/EcoPEM/BoiteK/co/II_1_1.html#:~:text=Le%20choix%20des%20mat
%C3%A9riaux%20est%20au%20c%C5%93ur%20de%20la%20relation,un%20contexte
%20de%20d%C3%A9veloppement%20durable.&text=le%20proc%C3%A9d%C3%A9%
20impose%20des%20contraintes%20de%20fabrication%20ou%20de%20construction
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