Fissuration ou rupture induite par un changement de température rapide qui produit de forts gradients thermiques et des déformations différentielles dépassant la résistance du matériau.

Principe

Un changement de température rapide engendre une dilatation ou contraction non uniforme ; si les déformations thermiques sont contraintes par la géométrie, des gradients ou des propriétés hétérogènes, les contraintes induites peuvent dépasser la résistance à la rupture ; paramètres pertinents : ΔT, diffusivité thermique, module d'élasticité et ténacité.

Démonstration

Un objet en verre plongé dans l'eau froide après chauffage développe des fissures de surface qui progressent vers l'intérieur ; un revêtement céramique sur un substrat chaud s'écaille s'il est refroidi trop rapidement ; fissuration par choc thermique lors du soudage lorsque le refroidissement local est rapide comparé à la diffusion de la chaleur.

Mauvaise application

Qualifier de choc thermique un chauffage/refroidissement lent et cyclique provoquant de la fatigue, ou attribuer l'initiation de fissures uniquement à la dilatation thermique sans considérer la contrainte, la vitesse et les gradients de température.

Conséquence

Le choc thermique produit des réseaux de fissures, de l'écaillage ou une fragmentation catastrophique, crée des champs de contraintes résiduelles modifiant les performances mécaniques et peut nucléer des sites de corrosion ou de fatigue.

Inversion

Variation de température lente permettant la diffusion de la chaleur et l'accommodation uniforme des déformations, ou solutions de conception (couches conformables, ΔT réduit) évitant le dépassement des contraintes.

Limite

S'applique lorsque le changement de température est rapide par rapport à la diffusion thermique à travers la zone en contrainte et lorsque les propriétés de rupture du matériau ne permettent pas d'accueillir les déformations différentielles induites ; exclut la fatigue thermique de long terme due à de nombreux cycles faibles et les cas dominés par une dégradation chimique plutôt que mécanique.

Tension sémantique

Se recoupe et est parfois confondu avec la fatigue thermique (dommages par cycles répétés modérés) et l'expansion thermique différentielle dans les multicouches ; facteurs distinctifs : la vitesse, la sévérité d'un événement unique et le mécanisme dominant de rupture (rupture fragile vs accumulation cyclique).

Synthèse

Le choc thermique est le mode de rupture causé par des changements de température rapides qui génèrent de forts gradients de température et des déformations différentielles contraintes ; le prévoir et l'éviter exige l'association des échelles de temps de diffusion thermique et de la réponse élasto‑fracture en tenant compte de la géométrie et des contraintes.