Les aciers de construction

Parmi les nuances d'acier les plus couramment utilisées, on retrouve souvent les "aciers de construction". Mais qu'est-ce que c'est exactement ? Quelles sont les nuances correspondantes ? Pour quels usages ces aciers doivent-ils être utilisés ?
Dans cette catégorie, on distingue les aciers de construction métallique, les aciers à hautes limites élastiques et les aciers pour formage à froid.

Les aciers de construction métallique

Pour ces aciers de construction, leur dénomination comporte la lettre qui désigne leur usage :

• La lettre S (Structure) pour un usage général de construction métallique
• La lettre E (Engine) pour une construction mécanique

Cette lettre est suivie de la limite élastique minimale (Re) exprimée en méga-pascal (MPa). Cette limite élastique est une donnée caractérisant ses propriétés mécaniques puisque c'est cela qui importe quand on choisit un acier de construction. Les constructions exigeant toujours une certaine rigidité, les aciers sont toujours choisis avec une limite élastique minimale.
Plus cette limite élastique est élevée, moins l'acier est déformable.
Exemple : l'acier S355J0 et l'acier S235JR. Ce dernier est un acier de construction destiné à un usage général avec une limite élastique minimale de 235MPa. Le S235JR est la nuance la plus courante.

Cette dénomination est suivie d'un indice qui classe l'acier selon sa qualité : JR, J0 (J zéro), J2, J3... Cet indice est la résultante d'un test mesurant une caractéristique mécanique qu'est la ténacité (résilience). Il traduit le comportement d'un acier à qui l'on fait subir des chocs pour mesurer sa déformation et sa résistance avant sa rupture. Ce test, dit "Test de Charpy", est réalisé à différentes températures (20°, 0°, -20°, -40°) car l'acier se comporte différemment selon la température. C'est un indice important pour mesurer la qualité d'un acier de construction. C'est également un indice de risque de propagation de fissure et donc de rupture. EDF utilise des aciers S355J2+N pour des aciers de barrages à 30 mètres sous le niveau de l'eau.

Ainsi, l'acier S235JR a une énergie de rupture (résilience) minimale garantie de 27J à température ambiante (+20°C). L'acier S355K2 "couvre" la résilience de l'acier S355J2.

On complète ces indications par d'autres symboles pour bien définir les particularités des aciers. La lettre H, par exemple, indique qu'il s'agit d'un profil creux. La lettre G indique qu'il y a d'autres caractéristiques à prendre en compte :

• G1 → acier non calmé
• G2 → acier calmé
• G3 → acier ayant subi un recuit de normalisation
• G4 → état de livraison libre, au choix du producteur

L'acier calmé est un acier dont on a enlevé l'oxygène durant la phase de fusion, en général par adjonction d'aluminium, de ferrosilicium ou de manganèse. Cela permet d'avoir un noyau plus pur et donc plus durable, les impuretés étant chassées en périphérie.
Rien à voir donc avec le niveau d'énervement de l'acier 🙂

Anciennes et nouvelles normes

Avec les anciennes normes, on classait les aciers de construction selon leur résistance à la rupture, symbolisée par la lettre "A", suivie de la résistance à la rupture exprimée en daN/mm² (exemple : A37).
Puis on les classa selon leur limite élastique symbolisée par la lettre "E", suivie de la limite élastique exprimée en daN/mm² (exemples : E24 et E36).

L'acier A37 avait une résistance à la traction de 37 daN/mm² soit 370N/mm² soit 370MPa soit 37Kg.
L'acier A60 avait une résistance à la traction de 60 daN/mm² soit 600N/mm² soit 600MPa soit 60Kg.

Depuis novembre 1992, la norme européenne NF EN 10027 "Système de désignation des aciers" définit deux systèmes de désignation des aciers : une désignation symbolique qui se substitue à l'ancienne désignation française (NF 35-501) et un système numérique qui constitue une désignation simplifiée.
La désignation symbolique, la plus répandue, classe les aciers en fonction de leur emploi, leurs caractéristiques physiques ou mécaniques ou leur composition chimique.
L'EN 10027 classe les aciers de construction selon leur limite élastique exprimée en N/mm².

Ainsi l'acier S235JR correspond à l'E24, équivalent à un A37, qui est un acier de construction soudable doux, à 37/40Kg.
L'acier S355J0 correspond à l'E36-3, équivalent à l'A52, qui est un acier de construction soudable demi-dur à 60Kg avec une limite élastique (Re) minimale garantie de 355MPa.
L'acier E355 correspond à l'A60-2, qui est un acier de construction mécanique non soudable demi-dur à 60Kg avec un Re de 355MPa.
Ces anciennes appellations sont encore couramment utilisées et participent parfois à la confusion.

Les aciers à hautes limites élastiques (HLE)

On regroupe sous cette désignation les aciers ayant une limite élastique comprise entre 355MPa et 900MPa. Ces aciers doivent garantir une sécurité maximale dans leur fonctionnement.
Ils sont destinés au levage (bras de grues, monte-charges, bras élévateurs...), aux grandes structures métalliques (ponts, coques de navires, coques de sous-marins, appareils à pression, chaudières, conduites forcées des centrales hydro-électriques, parois de camions bennes, véhicules industriels...).
Ces aciers doivent donc avoir une limite élastique, une résistance à la rupture et une résistance à la sollicitation élevées. Ils doivent être soudables et facilement pliables. Ils doivent pouvoir subir les variations de température, les intempéries, être résistants quel que soit le sens dans lequel ils subissent des contraintes (sens long, sens travers long, sens travers court).
Selon l'application, l'utilisateur peut gagner par réduction de poids et d'épaisseur par rapport à des aciers de construction classiques.

La soudure provoque une zone affectée thermiquement dans laquelle les propriétés microstructurales et mécaniques de l'acier sont modifiées ; elle peut devenir la source de fissurations qui peuvent se propager jusqu'à entraîner la rupture. C'est pour cela que la composition et les teneurs d'alliage des aciers HLE sont limitées pour garantir un niveau de soudabilité sans risques.
Ces aciers sont souvent sous forme de tôles, de tubes et de poutrelles. Ils sont classés selon leur destination, selon le niveau de sécurité recherché et la température d'utilisation. Ils sont produits par laminage à chaud pour être formables à froid (< à 150°) ou mis en forme par emboutissage à chaud.
Les nuances les plus courantes sont :

• M → laminage thermomécanique
• C → formage à froid
• Q → trempé
• L → basse température

Le cas de l'acier Corten : l'acier Corten est un acier de construction ayant une limite élastique minimale de 355MPa. C'est un acier auto-patinable à corrosion superficielle forcée utilisé pour son aspect et sa résistance aux conditions atmosphériques, dans l'architecture, la construction et les sculptures urbaines. Sa dénomination est S355J2 WOP et S355JOW où la lettre W signifie résistance à la corrosion atmosphérique. Les revêtements des façades du musée Pierre Soulages de Rodez et le collège de Labarthe sur Lèze (31) sont en acier Corten.

Aciers pour formage à froid

Les tôles pour formage à froid servent essentiellement pour de l'emboutissage et sont classées du plus petit degré d'emboutissage au plus élevé : DC01, DC02, DC03, DC04...
Elles doivent avoir un allongement A% élevé (ductile et malléable) et une limite élastique Re peu élevée.

Pour rester dans le sujet...

Pour aller plus loin, vous pouvez consulter ces deux articles complémentaires :

• Désignation des aciers
• Correspondance des aciers

Article rédigé par Frédéric Crespel, spécialiste des métaux et fondateur de aciersspeciaux.fr