Le module de Young ou module d’élasticité (longitudinale) ou encore module de traction est la constante qui relie la contrainte de traction (ou de compression) et le début de la déformation d'un matériau élastique isotrope.
Dans les ouvrages scientifiques utilisés dans les écoles d'ingénieurs, il a été longtemps appelé module d'Young.
Le physicien britannique Thomas Young (1773-1829) avait remarqué que le rapport entre la contrainte de traction appliquée à un matériau et la déformation qui en résulte (un allongement relatif) est constant, tant que cette déformation reste petite et que la limite d'élasticité du matériau n'est pas atteinte. La loi d'élasticité est la loi de Hooke, c'est-à-dire
σ = E.ε
où :
- σ est la contrainte (en unité de pression) ;
- E est le module de Young (en unité de pression) ;
- ε est l'allongement relatif, ou déformation (adimensionnel) ; (ε = (ℓ – ℓ0)/ℓ0).
Le module de Young est la contrainte mécanique qui engendrerait un allongement de 100 % de la longueur initiale d'un matériau (il doublerait donc de longueur), si l'on pouvait l'appliquer réellement : dans les faits, le matériau se déforme de façon permanente, ou se rompt, bien avant que cette valeur ne soit atteinte. Le module de Young est la pente initiale de la courbe de déformation-contrainte.
Un matériau dont le module de Young est très élevé est dit rigide. L'acier, l'iridium, le diamant, sont des matériaux très rigides, l'aluminium et le plomb le sont moins. Les matières plastiques et organiques, les mousses sont généralement peu rigides, on dit qu'elles sont souples, élastiques ou flexibles (pour un effort de flexion).
Unités
D'après l'équation aux dimensions, le module de Young est homogène à une pression, ou plus précisément une contrainte. L'unité internationale est donc le pascal (Pa). En raison des valeurs élevées que prend ce module, il est en général exprimé en gigapascals (GPa) ou mégapascals (MPa).
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Détails - Mégalithe
- Quelques valeurs numériques
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Métaux purs Matériaux Module (GPa) Aluminium (Al) 69 Argent (Ag) 83 Baryum (Ba) 13 Béryllium (Be) 240 Bismuth (Bi) 32 Cadmium (Cd) 50 Césium (Cs) 1,7 Chrome (Cr) 289 Cobalt (Co) 209 Cuivre (Cu) 124 Étain (Sn) 41,5 Fer (Fe) 196 Germanium (Ge) 89,6 Indium (In) 11 Iridium (Ir) 528 Lithium (Li) 4,9 Magnésium (Mg) 45 Manganèse (Mn) 198 Molybdène (Mo) 329 Nickel (Ni) 214 Niobium (Nb) 105 Or (Au) 78 Palladium (Pd) 121 Platine (Pt) 168 Plomb (Pb) 18 Plutonium (Pu) 96 Rhodium (Rh) 275 Rubidium (Rb) 2,4 Ruthénium (Ru) 447 Scandium (Sc) 74 Sélénium (Se) 10 Sodium (Na) 10 Tantale (Ta) 186 Titane (Ti) 114 Tungstène (W) 406 Uranium (U) 208 Vanadium (V) 128 Zinc (Zn) 78 Zirconium (Zr) 68 Alliages Matériaux Module (GPa) Acier de construction 210 Acier à ressorts 220 Acier inoxydable 18-10 203 Bronze (cuivre + 9 à 12 % d'étain) 124 Bronze au béryllium 130 Cuivre laminé U4 (recuit) 90 Cuivre laminé U4 (écroui dur) 150 Duralumin AU4G 75 Fontes 83 à 170 Hastelloy B2 (Ni + Mo) 217 Hastelloy C 2000 (Ni + Cr + Mo) 206 Inconel X-750 (Ni + Cr + Fe) 212 à 218 Invar 140 Laiton (Cu + Zn) 100 à 130 Monel 400 (Ni + Cu) 173 Nimonic 90 (Ni + Cr + Co) 213 à 240 Nispan (Ni + Cr + Ti) 165 à 200 Phynox (Co + Cr + Ni + Mo) 203 Verres, céramiques, oxydes, carbures métalliques, minéraux Matériaux Module (GPa) Alumine (oxyde d'aluminium Al2O3) 390 Arsenic (As) 8 Arséniure de gallium (AsGa) 85,5 Béton 20 à 50 Brique 14 Calcaire (carbonate de calcium, CaCO3, roche sédimentaire) 20 à 70 Carbure de chrome (Cr3C2) 373 Carbure de silicium (SiC) 450 Carbure de titane (TiC) 440 Carbure de tungstène (WC) 650 Carbure de zirconium (ZrC) 380 à 440 Diamant (C) 1 000 Dioxyde de silicium (SiO2) 70 Glace (H2O) 9,3 Graphite 30 Granite 60 Marbre 26 Mullite (Al6Si2O13) 145 Neige (glace H2O + air) 0 à 0,015 Oxyde de béryllium (BeO) 350 Oxyde de magnésium (MgO) 250 Oxyde de zirconium (ZrO) 200 Saphir 420 Titanate d'aluminium (Ti3Al) 140 Titanate de baryum (BaTiO3) 67 Verre 69 Bois Matériaux Module (GPa) Acajou (Afrique) 12 Bambou 20 Bois de rose (Brésil) 16 Bois de rose (Inde) 12 Chêne 12 Contreplaqué glaw 12,4 Épicéa 10 à 13 Érable 10 Frêne 10 Papier 3 à 4 Sequoia 9,5
N.B. Ces valeurs sont celles du module d'élasticité dans le sens parallèle au fil (matériau anisotrope). Dans une même essence, celui-ci varie en fonction de l'humidité, de la densité (qui n'est pas constante) et d'autres caractéristiques (longueur des fibres…).