Alors que je repense à une autre année splendide passée à présenter et enseigner des méthodes d’ingénierie, et à aider les clients d’Accuris à trouver les bons outils et le soutien nécessaire pour concevoir avec créativité les produits de demain, j’en conclus qu’une seule phrase résume le thème récurrent de 2024 : « travailler dans l’incertitude ».
J’ai réalisé il y a longtemps que si je n’apprends rien lorsque je fais une présentation, c’est que je n’ai pas suffisamment repoussé ma propre zone de confort ni celle de mon public, et que les participants n’ont pas appris autant qu’ils auraient pu. Par conséquent, je n’aurai probablement pas été aussi utile pour eux que je l’aurais pu l’être.
Par exemple, lors de l’une de mes sessions à la Aircraft, Airworthiness & Sustainment Conference 2024 à San Antonio, au Texas, j’ai exploré les trois aspects de la conception et de l’assemblage de joints boulonnés, dont la simplicité est trompeuse.
J’ai expliqué à maintes reprises les incertitudes et les hypothèses parfois douteuses de la théorie classique des manuels scolaires utilisée pour spécifier la force de précontrainte (pré-tension) qui doit charger le joint – en particulier lorsque les composants assemblés sont faits de matériaux différents et qu’une plage de températures de fonctionnement est impliquée. Une bonne pratique de conception aboutit à une plage de précontrainte qui, pour minimiser les contraintes de fatigue, sera aussi élevée que possible sans risquer la limite d’élasticité du boulon. C’est le plus souvent la limite de ce que les cursus universitaires peuvent enseigner, compte tenu du temps imparti et de la priorité accordée aux méthodes pertinentes pour l’industrie.
Au-delà de cela, il existe une incertitude supplémentaire quant à la précision avec laquelle le boulon est serré (à une valeur comprise dans cette plage) lors de l’assemblage. La plupart des entreprises utilisent une « clé dynamométrique » standard et calculent le réglage à l’aide d’une formule classique de manuel. Malheureusement, même dans des conditions d’assemblage en usine, la précision pour atteindre la précharge souhaitée peut varier de plus ou moins 25 %.
Parallèlement, il est impossible de produire une relation empirique qui donne une solution précise au problème de la mesure du couple appliqué. Heureusement, une analyse des résultats d’essais approfondis disponibles au sein des méthodologies ESDU fournit une méthode pour déterminer, pour les petits écrous et boulons, des valeurs approximatives de la tension induite par un couple spécifique.
Graphique montrant des bandes de dispersion représentant l’incertitude
Le troisième aspect du défi des joints boulonnés pratiques est leur potentiel d’auto-desserrage. Bien qu’un assemblage écrou-boulon correctement serré ne soit pas susceptible de se desserrer en service dans des conditions de fonctionnement stables, jusqu’à 20 % de la précharge peut être perdue lorsque les surfaces des composants appariés se rodent (phénomène de bedding-in). D’autres pertes de force de serrage plus graves peuvent survenir lorsque les assemblages boulonnés sont soumis à des vibrations (souvent inattendues) en service.
Lors de la présentation d’un cas typique d’auto-desserrage observé chez l’un des clients européens d’ESDU et de la solution apportée par nos méthodes validées, il fut gratifiant de voir deux ingénieurs m’approcher après mon intervention pour discuter de la problématique identique à celle qu’ils cherchaient à résoudre sur l’un des types d’avions de leur flotte.
La partie intéressante de l’histoire est que ni ces ingénieurs ni notre client européen ne savaient avec certitude pourquoi leurs boulons se desserraient occasionnellement d’eux-mêmes, mais le joint modifié de notre client n’a plus rencontré ce problème par la suite !
Enfin, ma présentation s’adressait à des ingénieurs qui sont tenus, à juste titre, d’utiliser des méthodes, des données et des logiciels validés répondant aux exigences strictes de la certification aéronautique. De retour au Royaume-Uni, je discutais d’un autre joint boulonné avec un ingénieur travaillant dans une application d’« ingénierie générale », où les instructions d’assemblage du produit indiquaient : « ATTENTION : Ne pas trop serrer ».
Outre l’instruction vague, aucun compte n’était tenu de la température, ni de la nécessité de lubrifier les écrous et les boulons lors de l’assemblage, et un boulon bon marché avec un filetage à pas grossier avait été choisi. L’ingénieur a toutefois reconnu qu’« il y avait parfois des problèmes par temps froid »…
Bien qu’une défaillance de boulon en ingénierie générale n’entraîne pas nécessairement les conséquences catastrophiques qui pourraient survenir si un joint d’avion cédait ou « se desserrait », les dommages causés à la réputation et aux finances de toute entreprise pour ne pas avoir traité un problème aussi soluble lors de la conception peuvent tout de même être très graves. Il est gratifiant, tant sur le plan professionnel que personnel, de savoir que les méthodes validées d’ESDU, soutenues par notre service d’ingénierie, fournissent des solutions pratiques à tous les aspects de la conception des joints boulonnés et de leur fonctionnement en service pour ceux qui recherchent des produits meilleurs et plus sûrs.
Heureusement, s’il y a une chose certaine en 2025, c’est le plaisir continu que mes collègues d’Accuris et moi-même aurons à aider d’autres ingénieurs à prendre conscience – et à traiter – des incertitudes dans leur travail professionnel !
Vous souhaitez en savoir plus sur le point de vue de John concernant l’ingénierie dans le secteur de l’aérospatiale et de la défense ? Regardez l’enregistrement de notre webinaire au cours duquel il s’est entretenu avec Chris Burrows, ingénieur chez Rolls Royce.
