Avril 2011 - Pression capillaire et ses surprenantes conséquences sur les indications de ressuage

En effectuant un ressuage coloré, un de nos lecteurs fut très surpris de constater que des fissures de 7 mm long, de 1,5 mm environ de profondeur et disons d’une largeur nominale de 12 µm, ne fournissaient pas des indications sous forme de lignes droites, mais sous forme de deux grandes taches aux deux extrémités de la fissure, alors que la majorité de la longueur de la fissure donnait un signal faible.

Ces fissures étaient des fissures artificielles, nous ne pouvons donner d’avantage d’informations pour des raisons de confidentialité.

Il est assez facile d’expliquer cet aspect, après avoir observé les extrémités des fissures. La largeur nominale décroît de 12 µm à moins d’un µm, et différents polluants solides peuvent même réduire cette largeur interne.

Ayez à l’esprit qu’un pénétrant, ou tout autre liquide, ou gaz, s’introduit dans une discontinuité à cause de la pression capillaire.

La pression capillaire Δ p est la différence de pression à l’interface de deux fluides non miscibles et elle est donnée par l’équation de Young-Laplace :

γ étant la tension superficielle du liquide/gaz, θ étant l’angle de contact entre l’interface liquide/gaz et la surface solide et r étant le rayon du “tube” capillaire.

Il n’est pas nécessaire de calculer la pression, car ce qu’il est important de comprendre est que plus le tube est étroit, plus la pression est élevée, pour la même interface liquide/gaz. Par conséquent, un rapport entre la zone centrale, où la largeur est de 12 µm, et les extrémités, où la largeur décroît à 1 µm, conduit à un facteur de 12. La pression capillaire aux extrémités est donc 12 fois plus élevée qu’au milieu.

Si le révélateur humide non aqueux est pulvérisé d'une extrémité à l’autre, parallèlement à la fissure, le révélateur arrive sur la première extrémité quelques millisecondes avant d’arriver sur le centre de la fissure, ou sur la seconde extrémité. Le révélateur attire le pénétrant de la première extrémité, et la différence de pression capillaire attire le pénétrant à partir du milieu de la fissure vers l’extrémité. Même chose dans la seconde extrémité. C'est pourquoi la fissure apparaît sous forme d’une indication d'aspect inhabituel.

Juste pour que nos lecteurs puissent se faire une meilleure idée des valeurs de la pression capillaire, nous vous montrons le calcul.

Beaucoup de pénétrants ont une tension superficielle de l’ordre de 30/35 mN/m. L’angle de contact est généralement très proche de zéro, par conséquent un cosinus, très, très proche de 1.

Prenons 32 mN/m comme valeur d’une tension superficielle habituelle.

Le rayon est soit de 6 µm, soit de 0,5 µm, le rayon étant égal à la moitié de la largeur.

La pression au centre de la fissure est d’environ 11 kPa, tandis qu’elle est de 128 kPa aux deux extrémités. Beaucoup de gens sont très surpris quand on leur donne ces valeurs pour des fissures étroites. Lorsque des pénétrants fluorescents sont utilisés, il n’est pas inhabituel de détecter des fissures de moins d’un µm de large. La pression peut être supérieure à 128 kPa.

Et qu’en est-il de l’eau dans les fissures ? L’eau a une tension superficielle de l’ordre de 72 mN/m, selon la température, comme pour toute interface liquide/gaz. La pression capillaire sera au moins deux fois plus élevée que celle des pénétrants ! Ce qui explique qu’il est difficile de chasser l’eau hors des criques étroites : une étuve de séchage réglée à 70°C ne suffit pas. Une à 110°C est de loin meilleure. Pensez-y lors du séchage des pièces après nettoyage alcalin avant l’application du pénétrant.