L'échelle de dureté Shore : un guide complet

Les indices de dureté Shore apparaissent en permanence sur les fiches techniques des caoutchoucs, des élastomères et des polymères. Sans une bonne compréhension de leur signification et de l'échelle à laquelle ils se réfèrent, ils peuvent être étonnamment faciles à mal interpréter.

L'échelle de dureté Shore mesure la résistance d'un matériau à une indentation permanente. Plus l'indice de dureté Shore est élevé, plus le matériau est dur. Cette partie est simple, mais la complication est que la dureté Shore n'est pas une échelle mais une famille d'échelles, chacune couvrant une gamme différente de matériaux et de niveaux de dureté.

Ce guide présente tout ce dont vous avez besoin pour comprendre la dureté Shore en toute confiance. Il explique comment fonctionne le test, ce que couvre chaque échelle, comment interpréter le chevauchement entre les échelles et comment sélectionner la dureté Shore adaptée à votre application.

Contenu :

• Qu'est-ce que la dureté Shore ?

• Explication des échelles de dureté Shore

• Comment est mesurée la dureté du rivage

• Chevauchement d'échelle et conversion de la rive A à la rive D

• Dureté Shore des matériaux d'ingénierie courants

• Comment la dureté Shore affecte les performances des composants

• Dureté Shore et autres échelles de dureté

• Choisir la dureté Shore adaptée à votre application

• Principaux points à retenir

• FAQs

Qu'est-ce que la dureté Shore ?

Imaginez, par exemple, que vous lisiez une fiche technique et que vous y voyiez à la fois « Shore 70A » et « Shore 60D ». Que signifient-ils réellement ? Un matériau est-il plus dur que l'autre et, dans l'affirmative, lequel ?

La dureté Shore est une mesure de la capacité d'un matériau à résister à une indentation permanente. Pour le tester, un instrument étalonné appelé duromètre Shore enfonce un pénétrateur standardisé dans la surface du matériau sous une charge définie, puis mesure jusqu'où il pénètre. Le résultat est un score de 0 à 100. 0 signifie que l'indenteur est passé directement à travers, 100 signifie qu'il n'y a pas de pénétration du tout. Le pénétrateur lui-même varie entre les différentes échelles de dureté Shore, qui sont désignées par une lettre telle que Shore A ou Shore D. Bien que les différents pénétrateurs fonctionnent selon le même principe, il existe des différences fondamentales entre eux et une échelle différente est requise pour mesurer chaque échelle différente pour évaluer chaque échelle. Nous examinerons plus en détail l'indenteur spécifique à chaque échelle plus tard.

Il convient également de savoir que le test ne concerne que les matériaux non métalliques tels que les thermoplastiques, les gels, les caoutchoucs, les élastomères et les polymères. Il n'est pas utilisé pour les métaux, qui utilisent plutôt les tests de dureté Rockwell, Brinell ou Vickers.

La note attribuée est significative. Un matériau classé Shore 20A se déformerait de manière significative sous la pression d'un seul doigt, alors qu'un matériau classé Shore 90A ne se bosselerait pratiquement pas sous la même pression et serait extrêmement dur au toucher.

Bien que tout cela semble facile à comprendre jusqu'à présent, il y a quelques mises en garde. La dureté Shore est une mesure empirique, ce qui signifie que le score n'est que relatif à d'autres matériaux sur la même échelle. En fait, l'échelle de dureté Shore ne comprend pas qu'une seule échelle. Pour en revenir aux exemples précédents du Shore 70A et du Shore 60D, les deux mesures ne sont pas directement comparables. Nous verrons pourquoi et ce qu'ils désignent plus tard.

L'échelle de dureté Shore a été initialement développée par un Américain, Albert Ferdinand Shore, qui a créé le premier duromètre en 1915. La balance porte son nom mais a depuis été officialisée comme ASTM D2240 aux États-Unis et ISO 868 en Europe et dans le reste du monde. Fondamentalement, la méthodologie qui sous-tend l'échelle et la nature du duromètre restent les mêmes que celles de l'invention de Shore. Nous verrons ensuite comment un duromètre est utilisé.

Explication des échelles de dureté Shore

L'appeler échelle de dureté Shore est peut-être un peu impropre, car il existe en fait plusieurs échelles différentes. Dans cet article, nous aborderons les trois principales échelles utilisées : Shore A, Shore 00 et Shore D. Elles sont identifiées par une lettre. Par exemple, un matériau qui obtient une note de 40 sur l'échelle Shore A aurait une note de Shore 40A, ce qui indique à quiconque vérifie la notation d'un matériau sur quelle échelle il a été déterminé.

Rive A

L'échelle de dureté Shore la plus utilisée et celle avec laquelle les ingénieurs sont les plus susceptibles d'entrer en contact. L'échelle Shore A est l'échelle par défaut pour les élastomères mous à moyennement durs tels que le caoutchouc naturel, le néoprène et le polyuréthane.

L'échelle Shore A va de 0 à 100. Les matériaux dont l'indice est inférieur à 20A ont tendance à être des substances extrêmement molles, semblables à des gels, avec peu ou pas de résistance structurelle. Les caoutchoucs dont le score varie de 20 A à 40 A sont des caoutchoucs souples et flexibles qui se déforment facilement et ont un allongement élevé. Entre 40 A et 60 A, la résistance devient plus significative, bien que le matériau reste clairement flexible. De 80A à 95A, le matériau est dur et presque semi-rigide. Au-delà de 95 A, la balance perd en fiabilité et le Shore D devient plus approprié.

Le pénétrateur Shore A possède une face circulaire plate de 0,79 mm de diamètre, avec des côtés coniques inclinés à 35° par rapport à la verticale. La pointe plate répartit la force sur une petite surface, ce qui rend l'instrument sensible aux matériaux plus souples.

À titre de référence rapide, voici la répartition complète des catégories et des exemples de matériaux sur l'échelle Shore A :

Remarque : les valeurs de dureté sont des plages typiques pour les familles de composés. Les valeurs réelles varient selon la formulation, la teneur en matière de charge et le traitement. Vérifiez toujours par rapport à la fiche technique du matériau spécifique. Les matériaux au-dessus du Shore A 95 sont généralement testés et signalés sur l'échelle Shore D.

Rive 0

Le Shore 00 est conçu pour les matériaux très souples qui se situent en dessous de la plage de mesure fiable du Shore A : gels mous, mousses, caoutchoucs spongieux et élastomères hautement souples. Une chose à noter à propos de la notation : les notes Shore 00 sont écrites avec le chiffre qui précède la note, donc une lecture de 40 apparaît comme Shore 00 40 plutôt que Shore 40 00.

En dessous de 40 %, on trouve des gels de silicone et des matériaux similaires utilisés dans les rembourrages médicaux, les prothèses et les coussinets absorbant les vibrations : des substances dont la consistance est très proche de celle d'un fluide. Au-delà de 80, l'échelle chevauche la gamme inférieure de Shore A. Les matériaux Shore 00 ne sont pas adaptés à des rôles structuraux ou d'étanchéité ; leur utilisation pratique en ingénierie concerne principalement la robotique douce, l'électronique flexible et les applications médicales spécialisées.

Le pénétrateur Shore 00 possède une pointe hémisphérique avec un rayon de 2,38 mm. Sa géométrie plus large et plus arrondie l'empêche de passer simplement à travers des matériaux très mous comme le ferait un pénétrateur plus petit.

Voici une ventilation des caractéristiques des matériaux et des exemples de matériaux issus de l'échelle de dureté Shore 00 :

Shore D

Le Shore D est destiné aux matériaux trop difficiles à mesurer de manière fiable sur l'échelle Shore A : les caoutchoucs durs approchant la rigidité maximale, les plastiques semi-rigides et les thermoplastiques techniques. Alors que l'instrument Shore A atteindrait simplement le plus bas niveau sur ces matériaux, le Shore D utilise un pénétrateur plus tranchant et applique une charge plus de cinq fois supérieure (4 536 grammes de force contre 822 grammes de force) pour obtenir une lecture significative.

Les caoutchoucs durs et les élastomères très rigides se situent entre 0D et 30D, bien que, dans la pratique, cette gamme recoupe celle du Shore A et les matériaux utilisés ici soient souvent classés sur l'échelle A. Du 30D au 60D, on trouve des plastiques techniques : nylon, acétal et polypropylène. Entre 60D et 80D, vous trouverez des plastiques durs et rigides comme l'ABS. Au-delà de 80D, la balance commence à perdre en précision et les tests de dureté Rockwell deviennent plus appropriés.

Le pénétrateur Shore D atteint une pointe conique pointue avec un angle inclus de 30° et un rayon de pointe de 0,1 mm. Sa géométrie concentrée lui permet de pénétrer des matériaux qui ne donneraient aucune lecture significative sur l'instrument Shore A.

Voici la répartition en un coup d'œil de l'échelle de dureté Shore D ainsi que les caractéristiques et les matériaux que vous pouvez vous attendre à trouver au fur et à mesure de votre progression sur l'échelle :

Remarque : Les valeurs Shore D inférieures à environ 40 se chevauchent avec l'extrémité supérieure de l'échelle Shore A (Shore A 85 à 95). Les matériaux se trouvant dans cette zone de chevauchement sont classiquement déclarés à l'échelle spécifiée par le fournisseur ou la norme. Au-delà du Shore D 90, les essais de dureté Rockwell sont généralement plus appropriés. Les valeurs de dureté sont des plages typiques ; vérifiez toujours par rapport à la fiche technique du matériau spécifique.

Chevauchement d'échelle et conversion de la rive A à la rive D

Les échelles Shore A et Shore D n'ont pas de frontière nette entre elles. Dans la zone Shore A 85 à 95 et Shore D 30 à 50, les deux instruments peuvent être utilisés pour tester le même matériau et produiront des valeurs numériques différentes.

Cela surprend certains ingénieurs. Vous pouvez vous attendre à ce que le haut du Shore A soit aligné avec le bas du Shore D, mais ce n'est pas ainsi que cela fonctionne. Les deux instruments utilisent des géométries de pénétrateurs différentes et des charges appliquées très différentes, de sorte que le même matériau se lit différemment selon celui que vous utilisez. Un matériau qui mesure le Shore 95A se lit généralement autour du Shore 45D, et non du Shore 0 ou 5D.

De ce fait, il n'y a pas de conversion mathématique exacte entre les deux échelles. Les tableaux de conversion publiés sont des approximations établies à partir de données empiriques sur des familles de matériaux spécifiques et ne sont pas identiques pour tous les composés. La norme ASTM D2240 ne définit pas d'équivalence officielle entre les balances. Lorsqu'une mesure directe est possible, prenez-en toujours une plutôt que de la convertir.

Le tableau ci-dessous donne des équivalences approximatives dans la zone de chevauchement, à titre de référence uniquement :

Comment mesure-t-on la dureté Shore ?

La dureté Shore, comme mentionné précédemment, est mesurée à l'aide d'un instrument portatif appelé duromètre. Il comporte deux éléments principaux : un pénétrateur à ressort et un manomètre. Lorsque vous appuyez l'instrument à plat contre la surface du matériau, le ressort exerce une force définie et le manomètre indique la profondeur de pénétration sur une échelle de 0 à 100.

Deux conditions de test sont importantes pour la précision. L'échantillon doit avoir une épaisseur d'au moins 6 mm : des échantillons plus fins peuvent donner des valeurs faussement élevées car la dureté de la surface de support commence à influencer le résultat. La lecture doit également être effectuée dans la seconde qui suit l'application de la pression, car les matériaux viscoélastiques continuent de se déformer sous la charge (phénomène connu sous le nom de fluage) et la valeur flue si vous attendez. Les deux exigences sont énoncées dans les normes ASTM D2240 et ISO 868.

Dureté Shore des matériaux d'ingénierie courants

Les catégories d'échelle ci-dessus vous donnent une idée de ce que signifie une valeur de dureté Shore en termes généraux. Cependant, lorsqu'il s'agit de spécifier des composants, vous devez savoir où se situent les matériaux spécifiques.

Le tableau ci-dessous couvre tous les matériaux en caoutchouc et en plastique disponibles dans la gamme de fixations de précision, de joints toriques, d'œillets et d'autres composants techniques d'Accu, ainsi que leurs plages de dureté Shore typiques, l'échelle appropriée pour chacun et des liens vers les pages de produits Accu pertinentes. Les métaux ne sont pas inclus car les tests de dureté Shore ne s'y appliquent pas. Pour les composants métalliques, Rockwell est le test approprié.

Comment la dureté Shore affecte les performances des composants

La dureté Shore n'est pas un simple chiffre figurant sur une fiche technique. Cela a des conséquences directes et pratiques sur le comportement d'un composant en service. Voici à quoi cela ressemble dans les principaux domaines d'application.

Applications d'étanchéité : joints toriques et joints

La dureté Shore influe sur la capacité d'un joint à s'adapter à la surface de contact. Les matériaux plus souples (Shore A 40 à 60) se déforment plus facilement en cas de compression, comblant ainsi les irrégularités de surface et offrant une meilleure étanchéité à de faibles pressions de contact. Les matériaux plus durs (Shore A 70 à 90) nécessitent une force de compression plus importante pour obtenir la même étanchéité, mais offrent une meilleure résistance à l'extrusion sous une pression plus élevée.

La résistance à l'extrusion est importante dans les systèmes hydrauliques et pneumatiques, car un joint sous pression peut se déformer dans l'espace libre entre les composants correspondants, provoquant des fuites ou endommageant le joint. Les applications à haute pression comme celles-ci nécessitent des composants ayant un indice Shore plus élevé, généralement un Shore A de 70 à 90 est le bon choix. La plupart des joints toriques sont proposés à 70A en qualité standard, ou 90A en tant que qualité dure. 70A est idéal pour la majorité des applications nécessitant une étanchéité statique, tandis que 90A est utilisé pour les applications à haute pression ou lorsque la résistance à l'extrusion est primordiale.

Isolation et amortissement des vibrations

Les isolateurs de vibrations tels que les supports en caoutchouc, les œillets antivibrations et les bagues reposent sur les propriétés élastiques du composé de caoutchouc. Les matériaux plus souples (Shore A 30 à 50) présentent une rigidité dynamique plus faible, ce qui permet une meilleure isolation des vibrations à basse fréquence. Les matériaux plus durs (Shore A 60 à 80) sont plus rigides, supportent des charges statiques plus élevées mais transmettent davantage de vibrations aux basses fréquences.

Une règle d'ingénierie courante : des supports plus souples pour les charges légères et les composants électroniques sensibles ; des supports plus durs pour les machines lourdes et les applications structurelles.

Résistance à l'usure et à l'abrasion

Dans la gamme Shore A, les composés plus durs ont tendance à avoir une meilleure résistance à l'abrasion. Un composé Shore A 70 surpasse généralement un composé Shore A 40 en termes de contact glissant ou abrasif. Cependant, cela dépend fortement du polymère de base. Par exemple, un polyuréthane souple peut surpasser un caoutchouc naturel dur en termes de résistance à l'abrasion malgré une dureté Shore inférieure.

Pour les roulements, les bagues et les patins d'usure en polymère, les valeurs Shore D sont pertinentes. Les matériaux plus durs (Shore D 70 à 85 en nylon, acétal ou PEEK) sont idéaux car ils résistent à la déformation sous charge et conservent leur précision dimensionnelle dans des conditions de service normales.

Considérations relatives à la flexibilité et au montage

Les matériaux plus souples sont, de par leur nature, plus faciles à assembler. Un joint torique Shore A 40 est facile à étirer sur un arbre et à placer dans une rainure, tandis qu'un joint torique Shore A 90 de même section nécessite beaucoup plus de force et présente un risque accru d'endommagement lors de l'installation.

Pour les œillets, les protège-câbles et les joints à emboîter qui doivent être installés à la main, la gamme Shore A 50 à 70 est généralement la gamme la plus pratique. En dessous de 40 A, le composant peut ne pas conserver suffisamment sa forme pour s'asseoir correctement ; au-dessus de 80 A, la force d'installation peut ne pas être pratique sans outils.

Dureté Shore et autres échelles de dureté

La dureté Shore existe aux côtés de plusieurs autres méthodes d'essai de dureté, chacune adaptée à une classe de matériau différente. Ils mesurent différentes choses à l'aide de différents instruments et les chiffres qu'ils produisent ne peuvent pas être comparés entre les systèmes.

La dureté Rockwell est la norme pour les métaux et, à l'extrémité supérieure de l'échelle Shore D, pour les polymères durs. Les balances Rockwell les plus courantes dans la pratique de l'ingénierie sont B (pour les métaux plus tendres tels que l'aluminium et le laiton) et C (pour les aciers trempés).

Pour les polymères, Rockwell R et Rockwell M sont utilisés. En règle générale, les matériaux à Shore D 80 à 90 commencent à se situer dans la plage mesurable de Rockwell R. Au-dessus du Shore D 90, les tests Rockwell sont généralement plus appropriés que les tests Shore D car le duromètre devient moins sensible aux différences entre les matériaux très durs.

Les tests de dureté Vickers (HV) et Brinell (HB) sont tous deux utilisés pour les métaux. Ni l'un ni l'autre n'a de pertinence pour les essais sur le caoutchouc ou les polymères.

L'IRHD, ou International Rubber Hardness Degrees, est une échelle alternative de dureté du caoutchouc définie par la norme ISO 48-4 que les ingénieurs peuvent rencontrer sur les fiches techniques des fournisseurs européens. Les valeurs de l'IRHD sont globalement comparables aux valeurs Shore A pour la plupart des mélanges de caoutchouc dans la fourchette moyenne (40 à 80), mais la méthodologie diffère : l'IRHD utilise un pénétrateur à bille avec une charge de poids mort appliquée sur une période de temps fixe, plutôt que la lecture quasi instantanée à ressort d'un duromètre Shore. Les deux systèmes ne donneront pas toujours des valeurs identiques pour le même matériau.

La solution pratique est simple : vérifiez toujours à quelle échelle de dureté se réfère une valeur de fiche technique avant de l'utiliser pour spécifier un composant. Une valeur de dureté indiquée sans désignation d'échelle est ambiguë.

Choisir la dureté Shore adaptée à votre application

Le tableau ci-dessous regroupe les recommandations de ce guide en une seule référence. Chaque ligne associe un scénario d'application courant à une plage de dureté Shore recommandée et aux principales considérations qui s'y appliquent.

Remarque : les valeurs de dureté indiquées sont des points de départ typiques pour la spécification. Vérifiez toujours par rapport à la fiche technique du matériau spécifique et testez à la température de fonctionnement, le cas échéant. Pour les applications d'étanchéité dynamique et d'isolation contre les vibrations, la dureté Shore est une entrée, aux côtés de la géométrie, de l'ensemble de compression, des données de déformation de la charge et de la compatibilité des supports.

Principaux points à retenir

La dureté Shore apparaît sur un plus grand nombre de fiches techniques que presque toutes les autres propriétés des matériaux pour les caoutchoucs et les polymères, et c'est également l'une des propriétés les plus fréquemment mal interprétées. Voici ce que vous devez retenir de ce guide.

• La dureté Shore est une famille d'échelles et non un test unique. Les trois échelles que vous rencontrerez le plus souvent en ingénierie sont Shore 00, Shore A et Shore D, chacune utilisant une géométrie de pénétrateur et une charge appliquée différentes.

• Il n'existe pas de conversion universelle entre le Shore A et le Shore D. Les tableaux de conversion publiés sont des approximations dérivées de données empiriques sur des familles de matériaux spécifiques. Lorsqu'une mesure directe est possible, prenez-en une plutôt que de la convertir.

• La température change, dureté Shore. La valeur de la fiche technique de température ambiante d'un matériau peut ne pas refléter son comportement à la température de fonctionnement : la dureté diminue à mesure que la température augmente et augmente à mesure qu'elle baisse.

• Lorsqu'une fiche technique cite une valeur de dureté sans spécifier l'échelle, le contexte est important. Si le matériau est un caoutchouc ou un élastomère, supposez le Shore A. S'il s'agit d'un plastique semi-rigide ou rigide, supposez le Shore D. Si l'échelle est réellement ambiguë, contactez le fournisseur avant de spécifier le composant.

Lectures complémentaires

• Guide technique du caoutchouc : types, propriétés et sélection

• Un guide sur les plastiques

• Qu'est-ce qu'un joint torique ?

• Que sont les vis d'étanchéité ?

FAQ :

Q : Qu'est-ce que l'échelle de dureté Shore ?

R : L'échelle de dureté Shore est une méthode normalisée de mesure de la résistance des élastomères, des caoutchoucs et des polymères à l'indentation permanente. Le test est effectué à l'aide d'un instrument appelé duromètre, qui enfonce un pénétrateur défini dans la surface du matériau sous une charge calibrée. La valeur résultante est un nombre adimensionnel compris entre 0 et 100 : 0 représente une pénétration complète du pénétrateur et 100 représente une absence totale de pénétration.

La dureté Shore n'est pas une échelle unique mais une famille d'échelles. Les plus couramment utilisés en ingénierie sont le Shore A, pour les caoutchoucs et élastomères mous à moyennement durs, et le Shore D, pour les caoutchoucs durs et les plastiques techniques.

Q : Quelle est la différence entre le Shore A et le Shore D ?

R : Le Shore A et le Shore D utilisent des géométries de pénétrateurs différentes et des charges appliquées différentes, ce qui rend chaque échelle adaptée à une gamme différente de matériaux.

Une valeur Shore A et une valeur Shore D ne peuvent pas être comparées directement. Un matériau ayant une dureté Shore A de 70 et un matériau ayant une dureté Shore D de 70 n'ont pas la même dureté.

Q : Que signifie Shore 70A ?

R : Le Shore 70A est une valeur de dureté Shore A de 70, mesurée à l'aide d'un duromètre de type A conformément à la norme ASTM D2240 ou ISO 868. Concrètement, le Shore 70A correspond à la dureté de la bande de roulement d'un pneu en caoutchouc : ferme, avec une nette résistance à la déformation, mais toujours flexible sous une pression manuelle soutenue.

Le Shore 70A est le grade de dureté le plus largement spécifié pour les joints toriques standard et les joints à usage général. La plupart des fournisseurs de mélanges de caoutchouc proposent leurs matériaux au Shore 70A en tant que grade standard, le Shore 90A étant l'alternative pour les applications à haute pression.

Q : Quelle est la dureté Shore du caoutchouc ?

R : Pour les composants en caoutchouc et en élastomère, Shore A est l'échelle de mesure standard. Les grades de dureté courants du caoutchouc sont les Shore A 40, 50, 60, 70 et 90. Le grade Shore 70A est le grade par défaut le plus courant pour les joints toriques et les applications d'étanchéité générales ; le Shore 90A est utilisé lorsqu'une résistance à l'extrusion plus élevée est requise, généralement dans les systèmes fonctionnant au-dessus de 10 bars.

Différents composés de caoutchouc couvrent différentes plages de dureté. Le NBR est généralement disponible du Shore A 40 à 90. Le caoutchouc de silicone couvre une gamme particulièrement large, allant du Shore A 10 pour les composés très souples de qualité médicale au Shore A 80 pour les grades techniques durs. Le FKM (Viton) est le plus souvent spécifié entre le Shore A 70 et 90.

Q : Le Shore A 95 est-il identique au Shore D 45 ?

R : Approximativement, mais pas exactement. L'échelle Shore A devient peu fiable au-dessus d'un Shore A 95 environ, car la majeure partie de la plage du pénétrateur a été consommée et de petites différences de dureté entraînent très peu de modification de la lecture. Pour cette raison, les matériaux compris entre 85 et 95 du Shore A sont souvent signalés sur l'échelle Shore D, où un pénétrateur plus pointu et une charge plus importante permettent une différenciation plus significative.

Le Shore A 95 est à peu près équivalent au Shore D 45, bien que l'équivalence précise dépende du type de matériau et de la formulation du composé. Les tableaux de conversion publiés sont des approximations dérivées de données empiriques ; ils doivent être considérés comme un guide plutôt que comme une conversion précise.

Q : Quelle est la dureté Shore du caoutchouc de silicone ?

R : Le caoutchouc de silicone est disponible dans une très large gamme de duretés Shore A, généralement du Shore A 10 (silicone gel de qualité médicale très doux) au Shore A 80 (feuille de caoutchouc silicone dur ou composants moulés). Le silicone technique standard pour les joints, les œillets et les joints se situe généralement dans la gamme Shore A 40 à 70.

La large gamme reflète la variété des formulations de silicone disponibles. Lorsque vous spécifiez des composants en silicone, vérifiez toujours la dureté Shore du grade spécifique plutôt que de supposer une valeur par défaut.

Q : La température affecte-t-elle la dureté Shore ?

R : Oui, c'est significatif. La dureté Shore diminue à mesure que la température augmente et augmente à mesure que la température diminue. Un joint torique en silicone classé Shore A 50 à température ambiante (23 °C) sera plus souple à 150 °C et plus dur à moins 40 °C.