Une fissure de fatigue naît presque toujours en surface ou au bord d'un trou, là où la contrainte de traction locale est maximale. Le shot peening (grenaillage de précontrainte), le flap peening (ou flapper peening) et le cold working (ou cold expansion) poursuivent le même objectif : introduire une couche de contraintes résiduelles de compression qui retarde l'amorçage et ralentit la propagation des fissures. Ils y parviennent par trois voies différentes, et ne se remplacent pas les uns les autres. Ce comparatif s'adresse à l'ingénieur méthodes ou structure — chez un donneur d'ordre, un MRO ou une compagnie aérienne — qui doit retenir le bon traitement de tenue en fatigue.

Shot peening : la surface d'une pièce complète

Le shot peening projette à grande vitesse une grenaille calibrée (acier, céramique ou verre) sur la surface. Chaque impact plastifie une fine couche de métal ; la matière sous-jacente, restée élastique, la maintient en compression. La profondeur affectée est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre et dépend directement de la taille de la grenaille, de l'intensité et du matériau : on retient classiquement qu'elle est du même ordre que le diamètre du média utilisé.

Le procédé est piloté par deux grandeurs. L'intensité Almen, mesurée sur éprouvettes et comparateur définis par SAE J442 et déterminée par une courbe de saturation selon SAE J443 (le point de saturation est celui où doubler le temps d'exposition n'augmente pas la flèche de plus de 10 %). Le recouvrement, c'est-à-dire la part de surface effectivement impactée, déterminé selon SAE J2277. Les spécifications de référence sont AMS 2430 (shot peening automatique) et AMS 2432 (shot peening piloté par ordinateur), complétées par les spécifications propres à chaque constructeur. Le shot peening se pratique surtout en atelier, en cabine, ce qui en fait le traitement naturel des pièces neuves et des pièces déposées : longerons, ferrures, disques, aubes, ressorts, éléments de train d'atterrissage.

Flap peening : le shot peening qui vient à l'avion

Le flap peening — on lit aussi flapper peening ou rotary flap peening — utilise un outil rotatif portatif dont les lamelles portent des billes liées. En tournant, les lamelles frappent la surface et produisent le même mécanisme de compression superficielle que le shot peening, sans grenaille libre à confiner ni à récupérer. Il est encadré par AMS 2590 (Rotary Flap Peening of Metal Parts), les assemblages de lamelles étant définis par AS2592.

Sa force est la mobilité : il permet de traiter une zone limitée directement sur aéronef, en hangar ou en ligne, typiquement après l'élimination d'une corrosion ou d'un défaut par meulage (blend-out) lorsque le manuel de réparation demande de restaurer la précontrainte. Le contrôle reste celui du peening — intensité et recouvrement — avec une particularité : les flèches Almen obtenues sur porte-éprouvette magnétique doivent être converties avant d'établir la courbe de saturation. Le procédé exige un opérateur entraîné, car la régularité dépend de la vitesse de rotation, de l'angle et du balayage. Il convient aux surfaces accessibles et aux rayons pas trop serrés ; il ne remplace pas une cabine pour une pièce entière.

Cold working : la compression autour des alésages

Le cold working — ou cold expansion — traite un alésage, pas une surface. Dans le procédé split sleeve de FTI, un mandrin conique muni d'une douille fendue lubrifiée est tiré à travers le trou. Le passage dilate la paroi au-delà de sa limite élastique ; après retour élastique de la matière environnante, il reste un anneau de compression autour du trou. Selon FTI, cette zone s'étend d'environ un rayon à un diamètre au-delà du bord du trou (pour les alésages jusqu'à 1/2 pouce dans la plupart des matériaux), avec un pic de contrainte circonférentielle voisin de la limite d'élasticité en compression. La compression est donc bien plus profonde, mais localisée autour du trou.

Le contrôle ne repose pas sur l'Almen mais sur la géométrie : diamètre de l'avant-trou vérifié au calibre, outillage (mandrin et douille) adapté au diamètre, expansion appliquée — de l'ordre de quelques pour cent du diamètre — puis alésage final à la cote fonctionnelle. Un mandrin usé conduit à une expansion insuffisante, d'où des vérifications systématiques de l'outillage. Chez Boeing, la référence est BACC 5060 ; ailleurs, on applique la spécification FTI ou celle du constructeur. Le fabricant annonce un gain en durée de vie en fatigue d'au moins 3 dans la plupart des cas. L'outillage est portatif et le procédé se met en œuvre aussi bien en production qu'en réparation. Kronos Engineering est partenaire officiel FTI pour le split sleeve cold expansion.

Tableau comparatif

Comment choisir selon le cas

Réparation on-wing d'une zone corrodée

Après élimination de la corrosion, la surface meulée a perdu sa précontrainte d'origine. Si le manuel de réparation demande un peening et que la pièce ne peut pas être déposée, le flap peening est la réponse : intervention en hangar ou en ligne, sans cabine, avec contrôle d'intensité et de recouvrement sur place. Si la zone touche un alésage de fixation, le cold expansion du trou repris peut s'ajouter au traitement de surface.

Alésages de fixation en structure

Les trous sont des concentrateurs de contrainte que le peening de surface ne traite pas efficacement en profondeur. Le cold expansion est conçu pour eux : jonctions de voilure, cadres, lisses, ferrures, en production comme en réparation après réalésage. C'est le procédé à retenir dès que la fissuration s'amorce au bord d'un trou.

Pièce neuve en production

Pour une pièce usinée à traiter sur toute sa surface ou sur des zones définies au plan, le shot peening en cabine, automatisé selon AMS 2430 ou piloté par ordinateur selon AMS 2432, offre la meilleure répétabilité. Si la pièce comporte des alésages critiques, le cold expansion est réalisé en complément, dans l'ordre fixé par la gamme du constructeur.

Train d'atterrissage

Les aciers à très haute résistance des trains sont sensibles à la fatigue et souvent revêtus. Le shot peening en atelier, réalisé avant les revêtements électrolytiques comme le chromage dans les gammes de révision, reste la règle pour les pièces déposées. Le flap peening n'intervient que pour une retouche locale prévue par les données du constructeur.

Questions fréquentes

Le flap peening est-il équivalent au shot peening ?

Le mécanisme est le même et le contrôle repose aussi sur l'intensité et le recouvrement, mais il relève d'une spécification propre, AMS 2590. Il ne se substitue au shot peening que lorsque le document de réparation l'autorise.

Peut-on grenailler un alésage au lieu de le cold expanser ?

Le peening d'alésage existe, mais il ne produit qu'une couche superficielle. Le cold expansion crée une zone de compression bien plus étendue autour du trou ; lorsque le plan ou la réparation prescrit du cold working, il n'y a pas d'équivalence.

Quelles preuves de conformité obtient-on ?

Pour le peening : relevés d'intensité, courbe de saturation, vérification du recouvrement. Pour le cold expansion : contrôle de l'avant-trou et de l'outillage, puis cote finale. L'ensemble est documenté dans le cadre des référentiels NADCAP du donneur d'ordre, en direct ou en sous-traitance d'organismes agréés.

Un seul interlocuteur pour les trois procédés

Les ingénieurs de Kronos Engineering exercent les procédés spéciaux depuis 2009 et maîtrisent les trois traitements, en atelier comme sur site, dans plus de 50 pays, avec un service AOG 24/7. Décrivez-nous la pièce, le matériau et la zone à traiter : nous vous aidons à retenir le bon procédé et répondons à votre demande de devis sous 12 heures ouvrées. Contactez-nous.

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