Qu'est-ce qu'un test de durabilité ?

Tester les produits et les matériaux est essentiel pour garantir leur sécurité, leur fiabilité et un certain niveau de performance, notamment sur la durée.

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qu’interviennent les tests de durabilité , qui vérifient la résistance d’un produit ou d’un matériau à l’usure, au vieillissement et à d’autres facteurs de stress environnementaux et mécaniques. 

Dans l'article suivant, nous verrons en quoi consiste le test de durabilité, pour quels secteurs il est important et comment il est réalisé.

Types de tests en matière de durabilité

Le test de durabilité n'est pas un test unique, mais une série de tests qui soumettent l'échantillon à différentes conditions.

Les types de tests relevant des essais de durabilité varient d'un secteur à l'autre, d'un produit à l'autre, mais voici quelques-uns des plus courants et transversaux : 

• Essais de fatigue : Ces essais vérifient la résistance des matériaux à des cycles de charge répétés, tels que les vibrations, les chocs ou les mouvements.
• Tests d'abrasion : évaluent la résistance des surfaces ou des revêtements à l'usure causée par des frottements répétés.
• Tests de corrosion : Simuler l’exposition à des conditions corrosives, telles que l’humidité ou des environnements chimiques agressifs, afin de déterminer la résistance à la rouille ou à la dégradation chimique.
• Tests climatiques : Simuler l’exposition à des variations de température, d’humidité, d’ensoleillement et à d’autres conditions environnementales extrêmes.

des tests
de résistance climatique

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Dans quels secteurs les tests de durabilité sont-ils nécessaires ?

De par son universalité, le test de durabilité est important dans presque tous les secteurs industriels.

tous les produits devant garantir une fiabilité à long terme sont soumis à des tests de durabilité. Voici les plus courants :

• Automobile: notamment pour des composants tels que les freins, les suspensions et les pneus, ils doivent résister à des charges répétées et à des conditions environnementales difficiles.
• Aérospatiale: Les avions et les engins spatiaux doivent résister à des contraintes extrêmes et à des changements climatiques rapides.
• Électronique: Les appareils électroniques grand public et leurs composants sont soumis à une série de tests rigoureux, y compris des tests de durabilité. 
• Construction: Les matériaux de construction doivent conserver leur intégrité structurelle pendant des années, en résistant à une exposition continue aux intempéries.

Tests climatiques pour les essais de durabilité

Les tests climatiques occupent une place importante dans les tests de durabilité, car la quasi-totalité des produits sont exposés à des conditions environnementales plus ou moins extrêmes et à des variations soudaines de température. 

C’est pourquoi il est nécessaire de disposer d’une chambre climatique pour réaliser le test de durabilité.

La chambre climatique est un instrument de laboratoire capable de simuler différentes conditions environnementales à l'intérieur de celle-ci, grâce à un contrôle précis des de température et d'humidité relative.

De plus, les chambres climatiques peuvent être équipées de systèmes d'éclairage et de diffuseurs pour simuler respectivement l'exposition à la lumière du soleil et aux agents corrosifs.

Les essais climatiques du test de durabilité sont régis par une série de normes internationalement reconnues, parmi lesquelles on peut citer :

• ISO 16750-4: Spécifie les exigences environnementales pour les composants électriques et électroniques des véhicules, y compris les essais de température et d'humidité.
• ISO 9227: Décrit les méthodes de réalisation des essais au brouillard salin, utiles pour évaluer la résistance à la corrosion.
• ISO 4892: couvre l'exposition à la lumière artificielle et aux intempéries pour testerle vieillissement accéléré des matériaux polymères.

Ces normes fournissent des directives détaillées sur la manière de réaliser les tests et d'évaluer les résultats, garantissant ainsi que les produits testés répondent à des exigences de durabilité rigoureuses.

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La chambre climatique FDM pour les essais de durabilité

Depuis plus de soixante-dix ans, FDM – Environment Makers est une entreprise leader dans le domaine des essais climatiques.

Les chambres climatiques FDM sont conçues pour réaliser tous les tests climatiques mentionnés ci-dessus et répondre aux exigences internationales en matière de tests de durabilité.

Pour plus d'informations, n'hésitez pas à nous contacter.

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Normes de référence

• IEC 60068-2-2 — Essais environnementaux Essai B : Chaleur sèche, référence de base pour les essais de chaleur sèche stationnaires utilisés dans la qualification de durabilité.
• IEC 60068-2-64 — Test Fh : Vibration, aléatoire à large bande, spécifie les profils PSD pour les tests de durabilité mécanique.
• MIL-STD-810H Méthode 500/501/502 — Méthodes militaires pour basse pression, haute chaleur, froid : essais de qualification environnementale du matériel de défense.
• ISO 16750 — Conditions environnementales et essais des équipements électriques et électroniques pour véhicules routiers, norme de référence automobile de niveau 1.
• IEC 61215 — Modules photovoltaïques cristallins terrestres : Qualification et approbation de la conception avec essais de durabilité accélérés.
• JEDEC JESD22-A104 — Cyclage thermique : Cyclage thermique pour l'estimation de la durée de vie des boîtiers de semi-conducteurs.

Sources faisant autorité

• L'association JEDEC Solid State Technologypublie la série JESD22 pour la qualification de la fiabilité des composants électroniques.
• Base de données des manuels militaires (DLA). Répertoire officiel des normes militaires MIL-STD-810 et MIL-HDBK-217F pour les estimations MTBF.
• CEI – Commission électrotechnique internationale. Gère la série de normes CEI 60068 pour les essais environnementaux industriels.

Questions fréquentes sur les tests de durabilité

Durabilité et fiabilité sont-elles la même chose ?

Non. La durabilité désigne la capacité d'un produit à maintenir ses fonctions spécifiées pendant sa durée de vie nominale dans des conditions d'utilisation prévues, généralement mesurée en cycles, en heures de fonctionnement et en kilomètres parcourus. La fiabilitéest la probabilité R(t) que le produit fonctionne correctement sans défaillance pendant une durée t, exprimée par le MTBF (temps moyen entre les pannes) ou le MTTF (temps moyen avant défaillance). Un composant peut être durable mais peu fiable (par exemple : une lampe d'une durée de vie de 10 000 heures mais qui tombe fréquemment en panne subitement) ou fiable mais peu durable (un composant qui ne tombe pas en panne mais dont la durée de vie nominale est courte). Les tests de durabilité accélérés appliquent des contraintes amplifiées (température, vibrations, humidité) afin de condenser la durée de vie réelle en quelques semaines de test, en utilisant des modèles de vieillissement pour extrapoler les données. L'objectif final est de valider la durée de vie B10 (durée au-delà de laquelle 10 % des pièces sont défaillantes) ou des spécifications contractuelles équivalentes.

Quel est le facteur d'accélération Arrhenius ?

Le Arrheniusrhde dégradation thermo-activés augmente exponentiellement avec la température : AF = exp[(Ea/k)(1/T_field – 1/T_test)], où Ea est l'énergie d'activation en eV, k = 8,617 × 10⁻⁵ eV/K la constante de Boltzmann et T la température absolue. Les valeurs typiques de Ea sont : 0,7 eV pour la corrosion métallique, 0,8 eV pour l'électromigration dans l'aluminium et 1,0 eV pour l'oxydation diélectrique. Un test à 125 °C comparé à une utilisation à 55 °C avec Ea = 0,7 eV donne AF ≈ 38x : 1 000 h de test équivalent à 38 000 h (4,3 ans) en conditions réelles. Pour l'humidité, RHon utilise les modèles

MIL-STD-810 vs. IEC 60068 : Quand appliquer laquelle ?

La norme MIL-STD-810H est la norme de référence pour les équipements de défense et aérospatiaux. Elle comprend 29 méthodes d'essais environnementaux : pluie battante, sable et poussière, dégivrage, explosion, immersion et sulfate acide. Les profils sont spécifiques à chaque mission (tropical, arctique, montagne, mer) et nécessitent des essais longs (6 à 12 mois pour une qualification complète). IEC 60068 est une norme industrielle internationale aux méthodes de base simplifiées, orientée vers l'électronique commerciale, industrielle et automobile. Les sections IEC 60068-2-1 (froid), -2-2 (chaleur), -2-14 (choc thermique), -2-30 (chaleur humide cyclique) et -2-78 (chaleur humide stable) couvrent 90 % des qualifications civiles. Pour l'automobile, la norme ISO 16750 (sous-ensemble de la norme IEC avec des profils spécifiques aux véhicules) est utilisée ; pour les applications ferroviaires, la norme EN 50125 ; et pour les applications médicales, la norme IEC 60601-1-11. Un produit à double usage (défense/civil) comprend souvent des références croisées MIL->IEC documentées dans le plan de test. Le choix final dépend des spécifications du client et de la zone géographique d'utilisation.

Comment concevoir un plan d'expériences pour la durabilité ?

Le DoE) pour les essais de durabilité vise à optimiser la couverture des mécanismes de défaillance, le coût des essais et les délais. Les étapes clés sont les suivantes : (1) analyse AMDEC pour identifier les modes de défaillance dominants et les contraintes critiques ; (2) sélection des contraintes d'accélération (température, RH, vibrations, cyclage) conformément à la loi d'ArrheniusrhPeck/Coffin-Manson ; (3) définition du facteur d'accélération cible dimensionnement statistique de l'échantillon par le test de Weibull (minimum de 10 à 30 échantillons pour un intervalle de confiance de 90 %) ; (5) matrice factorielle en carré latin 2^ko des critères de défaillance (paramétriques ou catastrophiques) ; (7) de la censure . Des logiciels tels que Weibull++ ou Minitab calculent les paramètres de distribution (η, β) et produisent des graphiques de Weibull pour l'estimation de B10/B50. L'analyse finale doit inclure l'intervalle de confiance de la durée de vie prédite et la sensibilité aux hypothèses de Ea.