EN 1993-1-10 : comment choisir la qualité d’acier d’une structure métallique

Dans une structure métallique, indiquer S275 ou S355 ne suffit pas. Deux aciers de même résistance mécanique peuvent se comporter très différemment face au risque de rupture fragile, en particulier à basse température. L’EN 1993-1-10, partie de l’Eurocode 3, donne les règles permettant de choisir une qualité d’acier dont la ténacité est suffisante au regard des conditions réelles de la structure.

Pourquoi la rupture fragile est critique

Contrairement à une rupture ductile, la rupture fragile survient brutalement, avec très peu de déformations préalables : elle ne prévient pas. Le risque augmente notamment avec une température de service basse, une forte épaisseur de tôle, des contraintes de traction importantes, des sollicitations rapides ou dynamiques, des concentrations de contraintes et des assemblages soudés, ainsi qu’avec l’écrouissage dû au formage à froid.

Nuance et qualité ne se confondent pas

Prenons le S355. Le nombre 355 caractérise la classe de résistance, exprimée en mégapascals. Ce sont les suffixes qui renseignent sur la qualité, c’est-à-dire sur la résilience mesurée par l’essai Charpy : la lettre indique la température à laquelle l’énergie de rupture minimale est garantie. Deux tôles de même nuance peuvent donc offrir des sécurités très différentes vis-à-vis de la rupture fragile.

Ce que demande l’EN 1993-1-10

La norme relie l’épaisseur admissible d’un élément à trois données : la température de référence, le niveau de contrainte dans l’élément et la qualité d’acier retenue. Le principe est simple à énoncer : plus la température de service est basse, plus la tôle est épaisse et plus elle est sollicitée en traction, plus la qualité exigée est élevée.

Ce que nous vérifions en contrôle

Sur les ouvrages métalliques que nous contrôlons, ponts mixtes en particulier, la qualité d’acier fait partie des points examinés dès la phase études : cohérence entre les notes de calcul, les plans, les nomenclatures et les certificats matière, traitement des zones soudées et des concentrations de contraintes, et prise en compte de la température de service réelle du site plutôt que d’une valeur par défaut.

Une nuance mal spécifiée ne se voit pas sur le chantier : elle ne se révèle qu’au moment où l’ouvrage est sollicité dans des conditions défavorables. C’est exactement le type d’écart qu’un contrôle documentaire attentif permet d’éviter.

Le cas de l’arrachement lamellaire

La rupture fragile n’est pas le seul risque lié à l’épaisseur. Lorsqu’une tôle est sollicitée dans le sens de son épaisseur, au droit d’un assemblage soudé en croix par exemple, elle peut se déchirer suivant des plans parallèles à sa surface. C’est l’arrachement lamellaire. La parade tient à la propreté inclusionnaire de l’acier, caractérisée par la qualité Z, et au dessin de l’assemblage.