Coefficient de sécurité

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Les coefficients de sécurité sont des paramètres permettant de dimensionner des dispositifs.

Lorsque l'on conçoit un dispositif, il faut s'assurer qu'il remplisse ses fonctions en toute sécurité pour l'utilisateur. Il faut pour cela connaître la charge à laquelle il sera soumis. Le terme « charge » est utilisé de manière générale : puissance électrique pour un circuit électrique, force pour un dispositif mécanique, … Cela mène au dimensionnement du dispositif : choix de la section du fil débitant le courant, section de la poutre supportant la structure, …

Mais la connaissance des charges normales en utilisation ne sont pas suffisantes : il faut prévoir la possibilité d'une utilisation inadaptée : imprudence de l'utilisateur, surcharge accidentelle ou prévue, défaillance d'une pièce, événement extérieur imprévu, … On utilise pour cela un coefficient de sécurité, noté habituellement s^[1] :

soit on l'utilise avant le calcul de dimensionnement :
- en multipliant la charge en fonctionnement par s, ou bien
- en divisant la charge maximale admissible par s ;
soit on l'utilise après le calcul, en multipliant ou en divisant le résultat dans le sens d'une plus grande sécurité.

Les coefficients de sécurité sont définis par les « règles de l'art » pour chaque domaine, éventuellement codifié dans des normes. Il est supérieur ou égal à 1, et est d'autant plus élevé que le système est mal défini, que l'environnement est mal maîtrisé.

Sommaire

1 Application en mécanique
- 1.1 Valeurs du coefficient
- 1.2 Utilisation du coefficient
2 Notes
3 Voir aussi

[modifier] Application en mécanique

[modifier] Valeurs du coefficient

En mécanique — au sens large : chaudronnerie, structures métalliques, génie mécanique (conception de mécanismes), automobile, … —, on utilise typiquement les coefficients indiqués dans le tableau suivant.

Coefficients de sécurité typiques^[2]
Coefficient de sécurité s	Charges exercées sur la structure	Contraintes dans la structure	Comportement du matériau	Observations
1 ≤ s ≤ 2	régulières et connues	connues	testé et connu	fonctionnement sans à-coup
2 ≤ s ≤ 3	régulières et assez bien connues	assez bien connues	moyennement testé et connu	fonctionnement usuel avec légers chocs et surcharges modérées
3 ≤ s ≤ 4	moyennement connues	moyennement connues	non testé
3 ≤ s ≤ 4	mal connu ou incertaines	mal connu ou incertaines	connu

Par exemple,

pour les appareils de levage industriels (manipulation par un opérateur professionnel, formé et sensibilisé) : s = 1,5 ;
matériel routier : s = 3 ;
ascenseur (transport du public) : s = 10.

[modifier] Utilisation du coefficient

Le dimensionnement des structures se fait en trois parties :

modélisation du système, en particulier des liaisons entre les pièces, ce qui va définir le type d'effort auquel chaque pièce va être soumise ;
calcul des efforts auxquels sont soumis les pièces : calcul de statique ou de dynamique ;
calcul des efforts internes à la matière, pour vérifier que la pièce va résister : résistance des matériaux.

Prenons l'exemple d'une sollicitation en traction. L'effort interne que subit la matière est représenté par la contrainte σ (sigma), et l'effort maximal que peut subir le matériau sans se déformer de manière irréversible est la limite élastique R_e. La condition de résistance est :

$\sigma \leqslant \frac{\mathrm{R_e}}{s}$ .

On définit la « limite pratique à l'extension » R_pe comme étant :

$\mathrm{R_{pe}} = \frac{\mathrm{R_e}}{s}$ ;

R_pe intègre le coefficient de sécurité. La condition de résistance est donc :

σ ≤ R_pe.

Dans le cas d'une sollicitation en cisaillement, l'effort interne que subit la matière est représenté par la cission τ (tau), et l'effort maximal que peut subir le matériau sans se déformer de manière irréversible est la limite élastique au cisaillement R_eg. La condition de résistance est :

$\tau \leqslant \frac{\mathrm{R_{eg}}}{s}$ .

On définit la « limite pratique au glissement » R_pg comme étant :

$\mathrm{R_{pg}} = \frac{\mathrm{R_{eg}}}{s}$ ;

R_eg intègre le coefficient de sécurité. La condition de résistance est donc :

τ ≤ R_pg.

Les limites élastiques R_e et R_eg sont des données du matériau, établies par des essais mécaniques. La valeur de R_e est tabulée pour les matériaux les plus courants, et la valeur R_eg est déterminée par

$\mathrm{R_{eg}} = \frac{\mathrm{R_e}}{2}$

(voir l'article Cercle de Mohr). Le coefficient de sécurité s dépend du domaine, comme explicité précédemment.

[modifier] Notes

↑ dans le formulaire distribué pour le baccalauréat professionnel en France, on le note n
↑ J.-L. Fanchon, Guide de mécanique — Sciences et techniques industrielles, Nathan, 2001, p. 274