La déformation est généralement mesurée à l’aide d’un capteur à jauge de contrainte collé à l’objet concerné. Lorsque l’objet se déforme sous l’effet d’une charge, la jauge de contrainte s’étire ou se comprime, ce qui entraîne une légère variation de sa résistance électrique. En connectant la jauge à un pont de Wheatstone et en fournissant une tension d’excitation stable, on peut mesurer l’infime déséquilibre de tension qui correspond à la déformation. En pratique, la sortie du pont (en millivolts) est amplifiée et convertie en déformation (ε) en utilisant le facteur de jauge connu de la jauge. Cette méthode permet de quantifier des déformations extrêmement faibles (par exemple, 500 µε n’entraînent qu’une variation de ~0,1 % dans une jauge de 120 Ω). Il existe d’autres méthodes, comme la corrélation d’images numériques optiques ou les jauges à fibre optique, mais la jauge de contrainte électrique collée est la plus courante pour mesurer directement la déformation d’un matériau.

Pour mesurer une déformation à l’aide d’une jauge de contrainte, vous devez coller la jauge à l’objet à tester et la connecter à un dispositif de mesure (généralement par l’intermédiaire d’un pont de Wheatstone). Dans une configuration en quart de pont, la jauge de contrainte forme un bras du pont, avec des résistances fixes dans les autres bras. Lorsque l’objet subit une déformation, la résistance de la jauge change, ce qui produit une petite tension différentielle dans le pont. Un amplificateur pour jauges de contrainte ou un système DAQ amplifie ensuite cette sortie. L’amplificateur est configuré en fonction des spécifications de la jauge (facteur de jauge, type de pont, tension d’excitation, etc.), de sorte qu’il peut convertir le signal mesuré en millivolts par volts en unités de déformation. En résumé, installez la jauge correctement, connectez-la à un pont, fournissez une excitation et utilisez des instruments pour lire la variation de tension, qui est proportionnelle à la déformation.

Pour lire la sortie d’une jauge de contrainte, il faut convertir le signal électrique brut en contrainte mécanique. Commencez par mesurer la tension de sortie de la jauge (souvent en mV) via le pont de Wheatstone à vide (pour un décalage nul) et sous une charge appliquée. L’équation du pont et le facteur de jauge donnent la relation entre la tension et la déformation. Pour un étalonnage pratique, une contrainte connue peut être appliquée (ou une résistance d’étalonnage shunt utilisée) pour produire une variation de tension de référence. Les logiciels DAQ modernes simplifient cette opération : vous entrez le facteur de jauge et le type de pont, et le système met automatiquement à l’échelle la lecture mV/V en déformation (microdéformation). Par exemple, si un quart de pont avec un facteur de jauge de 2,0 délivre 1 mV/V sous charge, le logiciel calculera la déformation comme ε ≈ 500 µε (puisque 1 mV/V correspond à 0,0005 déformation dans ce cas). En fait, vous mesurez la sortie du pont et appliquez le facteur d’étalonnage de la jauge pour obtenir la déformation.

Une jauge de contrainte est un capteur qui convertit une déformation mécanique en un changement de résistance électrique. Elle se compose généralement d’une fine feuille métallique disposée en grille et collée sur un support souple. Lorsqu’elle est collée à une structure, la jauge de contrainte se déforme en même temps que le matériau. L’étirement de la jauge rend ses conducteurs plus longs et plus fins, ce qui augmente la résistance ; la compression fait l’inverse. En mesurant cette variation de résistance (généralement à l’aide d’un pont de Wheatstone et d’instruments), on peut déterminer la déformation du matériau. Les jauges de contrainte ont été inventées en 1938 et sont largement utilisées dans l’analyse expérimentale des contraintes et la construction de capteurs en raison de leur précision et de leur simplicité.

La déformation est une grandeur sans dimension car elle est définie comme le rapport entre la variation de la longueur et la longueur initiale (ΔL/L). Elle n’a donc pas d’unité. Dans la pratique, la déformation est souvent exprimée en termes d’une petite unité comme la micro-déformation (µε), qui correspond à une déformation de 1×10^(-6) (c’est-à-dire une partie par million). Par exemple, une déformation de 500 µε correspond à une variation de longueur de 0,000500 (0,05 %). Vous verrez parfois les déformations écrites “in/in” ou “mm/mm” pour souligner qu’il s’agit d’un rapport, mais il s’agit techniquement d’une unité. L’utilisation de micro-déformations rend les chiffres plus pratiques, car les déformations structurelles typiques sont de l’ordre de dizaines ou de milliers de µε.

• Le choix de la jauge de contrainte appropriée implique plusieurs considérations relatives à votre application :
  • Modèle et géométrie de la jauge : Sélectionnez une configuration de jauge qui correspond au champ de déformation. Par exemple, utilisez des jauges linéaires pour mesurer la déformation uniaxiale, ou une rosette (avec 2 ou 3 jauges dans des orientations connues) pour mesurer la déformation dans plusieurs directions.
  • Longueur de la jauge : La longueur de la grille sensible à la déformation doit être adaptée à la taille de la région de déformation. Une jauge plus courte (par exemple, 3 mm) mesure la déformation en un point plus local, tandis qu’une jauge plus longue (par exemple, 10 mm) fait la moyenne de la déformation sur une plus grande surface – ce qui est utile si le champ de déformation n’est pas uniforme.
  • Valeur de résistance : Les jauges de contrainte en feuille courantes sont disponibles en 120 Ω ou 350 Ω. Une jauge de 120 Ω consomme plus de courant (plus d’auto-échauffement) mais est souvent plus robuste et plus rentable ; une jauge de 350 Ω donne un signal de sortie plus important et est mieux adaptée à l’utilisation de longs fils conducteurs (moins de perte de signal). Pour les installations de haute précision ou alimentées par batterie, une résistance plus élevée est préférable pour minimiser l’échauffement et la consommation d’énergie.
  • Compensation de la température : Choisissez un alliage de jauge et un support qui correspondent à la dilatation thermique de votre échantillon. Les jauges de contrainte sont disponibles avec des codes d’auto-compensation thermique (par exemple, adaptées à l’acier, à l’aluminium, etc.) afin que la dilatation thermique de l’échantillon ne crée pas de fausses lectures de contrainte. Assurez-vous que la compensation indiquée pour la jauge (souvent indiquée par un code tel que “Coefficient d’adaptation 13 pour l’acier”) convient à votre matériau.
  • Environnement et collage : Tenez compte de la plage de température de fonctionnement et des conditions environnementales. Certaines jauges ont un support spécial pour les températures élevées ou sont imperméabilisées pour une utilisation en extérieur. De même, choisissez un adhésif approprié et un revêtement protecteur si nécessaire.
  • Connexions et installation : Les jauges sont proposées avec différentes options de fils de connexion (patins à souder, fils pré-attachés, etc.). Si votre application est soumise à des vibrations ou à des charges répétées, il est préférable d’utiliser des jauges avec des fils flexibles ou des pattes de soudure qui soulagent la tension sur les connexions des fils.

En résumé, adaptez le modèle, la longueur, la résistance et les propriétés du matériau de la jauge à la mécanique et à l’environnement de votre essai. Par exemple, une jauge linéaire de 350 Ω de longueur modérée avec auto-compensation pour l’acier et un câble à 3 fils peut être choisie pour mesurer la déformation par flexion d’une poutre en acier. Consultez toujours le guide de sélection du fabricant – les critères clés comprennent généralement la géométrie, le matériau de la grille, le support, la longueur, la résistance et la réponse à la température.