Quel écrou monter en premier figurait dans la norme, puis a été retiré

Écrou bas contre l’assemblage, ou écrou bas au-dessus ? La controverse traverse cinquante ans de forums d’ingénierie, chaque camp citant ses autorités. Elle a une réponse – l’écrou bas d’abord, contre l’assemblage –, et cette réponse était écrite dans l’ISO 898-2:2012. L’édition 2022 a conservé l’exigence d’appariement des deux écrous et supprimé la procédure. C’est un meilleur indice de la confiance accordée à cette méthode que l’un ou l’autre camp.

Tôles d’acier boulonnées avec un écrou bas rouge sous un écrou gris plus haut.

La réponse, et où elle était écrite

Pour un assemblage précontraint ordinaire avec un écrou bas et un écrou de hauteur normale, la disposition est la suivante : l’écrou bas contre l’assemblage, serré en premier ; l’écrou normal à l’extérieur, serré au couple final pendant que l’écrou bas est maintenu contre la rotation.

L’ISO 898-2:2012 §5 le prescrivait en toutes lettres – serrer d’abord l’écrou bas contre l’assemblage, puis serrer l’écrou normal ou haut par-dessus.

L’ISO 898-2:2022 §6 a conservé les exigences d’appariement et de correspondance des résistances, et supprimé la procédure. Le texte ISO en vigueur n’indique donc plus l’ordre. Quiconque cite aujourd’hui l’ISO pour l’ordre cite une édition remplacée.

L’ISO n’est pas seule. La disposition figure aussi chez Bickford (4e édition §14.6.4, p.319), qui qualifie l’écrou bas contre l’assemblage de disposition conventionnelle, et dans le US Navy NSTM Chapter 075 (§075-5.3.4.1–.2), qui exige l’écrou bas entre la face d’appui et l’écrou épais, maintenu à la clé pendant le serrage de l’écrou épais.

Pourquoi cet ordre : la charge de service change de porteur

C’est la partie à comprendre plutôt qu’à mémoriser, et le manuel de la Navy en donne la raison en une ligne : l’écrou extérieur doit être aussi épais qu’il le faudrait s’il était seul, car l’écrou principal reprend toute la charge de service.

Mécaniquement, la séquence est la suivante :

L’écrou bas intérieur est vissé puis serré. La vis et l’écrou bas sont en contact sur le flanc porteur normal du filetage.
Le serrage de l’écrou extérieur allonge encore la vis, ce qui décharge progressivement l’écrou bas intérieur.
Une fois les deux écrous bloqués l’un contre l’autre, ils portent sur des flancs opposés du filetage de la vis, ce qui supprime le jeu axial et crée une précharge locale opposée.
Bickford relève un avantage qui en découle : le contre-écrou précharge le filetage dans le sens opposé à la charge finale, ce qui améliore la répartition de la charge dans les filets.

L’écrou bas va donc dessous parce qu’après le serrage final, ce n’est pas lui qui reprend la charge de service. C’est l’écrou extérieur de pleine hauteur. Un écrou bas placé à la position qui porte la charge serait la mauvaise pièce pour cette fonction – c’est l’objet de la section suivante.

Deux points que nous aurions exagérés, et ils comptent :

« L’écrou bas ne porte rien » est trop fort. Cela ne décrit que le chemin de la charge de service extérieure. L’écrou bas reprend toujours l’effort axial mutuel des deux écrous pressés l’un contre l’autre, les contraintes de contact et de flexion des filets et – si le montage a mal tourné – un effort d’arrachement des filets potentiellement élevé.
La portion de vis entre les deux écrous est en traction, pas en compression. Ce qui est comprimé, c’est l’interface où les deux écrous s’appuient l’un sur l’autre. Décrire cette portion de vis comme « écrasée » inverse l’état de contrainte.

Ce qu’est réellement un écrou bas

Un écrou bas est le style 0 de l’ISO 898-2, couvert par l’ISO 4035:2023 (cinquième édition, publiée en août 2023), en classes de qualité 04 et 05. Le zéro initial est la notation propre à la norme pour une capacité de charge réduite.

Écrou	Classe	Charge d’épreuve, M10×1,5
Bas (style 0)	04	22,0 kN
Bas (style 0)	05	29,0 kN
Normal (style 1)	8	50,5 kN
Normal (style 1)	10	60,3 kN
Normal ou haut	12	67,3 kN

La charge d’épreuve d’un écrou bas de classe 04 représente 44 % de celle d’un écrou normal de classe 8 de même dimension. L’ISO 898-2:2022 précise explicitement qu’un écrou bas n’est pas conçu pour éviter l’arrachement des filets en cas de surcharge – alors que l’appariement écrou normal-vis vise à ce que la vis rompe de manière ductile dans sa longueur filetée libre.

Nous allions affirmer que la norme ne prévoit pas du tout l’usage en contre-écrou. C’est faux. L’ISO 4035:2023 §1 l’aborde explicitement : les écrous bas utilisés comme contre-écrous doivent être associés à un écrou normal ou haut. La même clause avertit que leur capacité de charge est plus faible et qu’on ne peut pas compter sur eux pour éviter l’arrachement en cas de surcharge. La norme autorise donc cet usage en l’assortissant d’une mise en garde – ce qui n’équivaut pas à le recommander comme méthode de freinage.

Ce qu’un écrou bas n’est pas : un écrou à couple de freinage. Cette distinction, et la règle de substitution qui l’accompagne, sont traitées dans L’écrou n’a qu’un seul chiffre.

Et maintenant, ce que la controverse n’aborde jamais

Les deux camps du débat sur l’ordre partagent une hypothèse : que le double écrou est une méthode de freinage dont la fiabilité dépend du bon ordre. La littérature technique est nettement moins assurée.

Source	Position
NASA-STD-5020B §4.6.1 / TFSR 16	Tout assemblage fileté d’un matériel spatial doit comporter au moins un dispositif de freinage indépendant de la précharge. L’annexe B, figure 29, indique qu’un contre-écrou peut ne pas être recevable lorsqu’il dépend de la précharge ou qu’une variation de précharge anéantirait l’effet de freinage
NAVSEA NSTM §075-5.3.4	Qualifie les contre-écrous d’ancienne méthode à couple de freinage et indique qu’ils ne sont généralement pas recommandés pour les nouvelles installations – parce que l’épaisseur est facilement mal choisie et la position relative facilement inversée
Bickford 4e éd., tableau 14.4	Dans une comparaison aux vibrations Junker (M10, classe 4.8, 70 % de la limite d’élasticité), le double écrou est classé en faible résistance
VDI 2230 partie 1:2003, tableau A14	Énumère des solutions de freinage – écrou crénelé avec goupille, fil à freiner, rondelles à languette, écrous autofreinés tout métal et à insert plastique, collerettes crantées, adhésif. Le double écrou simple n’en fait pas partie

Lisez ce tableau avec précision, car il est facile de lui faire dire trop. La NASA n’interdit pas le double écrou ; elle refuse de l’admettre comme seul dispositif de freinage exigé. La NAVSEA ne l’interdit pas ; elle le déconseille pour les nouvelles conceptions et publie toujours la procédure. Et le tableau A14 de la VDI 2230 omet le double écrou simple – une omission n’est pas une interdiction, et nous n’avons trouvé aucune clause de l’édition 2015 en vigueur qui l’interdise.

Le résumé honnête n’est pas « les normes l’interdisent ». C’est que là où le freinage doit être vérifié, cette méthode ne cesse d’échouer à se qualifier.

Pourquoi elle ne se qualifie pas : impossible de la contrôler après coup

La NASA-STD-5020B §4.6.4 / TFSR 19 exige que la présence d’un dispositif de freinage et son couple de freinage soient vérifiés. Confrontez un assemblage à double écrou terminé à cette exigence :

Rien sur l’assemblage monté n’indique quel couple le premier écrou a reçu
Rien n’indique si l’écrou bas a réellement été maintenu pendant le serrage de l’écrou extérieur – et s’il a tourné avec lui, le contact opposé qui assure le freinage ne s’est jamais établi
Rien n’indique si les filets ont déjà plastifié localement
Bolt Science note que le jeu axial admissible d’un filetage peut varier d’un facteur dix environ, si bien que la précharge initiale dans l’écrou bas est difficile à maîtriser, même pour un monteur soigneux

Ses performances sont donc entièrement fixées au montage, et le montage ne laisse aucune trace. Deux assemblages d’apparence identique peuvent se comporter de façon complètement différente. Pour un système qualité, c’est une mauvaise propriété pour un élément de fixation – non que le mécanisme soit faux, mais parce qu’on ne peut pas démontrer qu’on l’a obtenu.

Précisons qu’aucune norme ne le formule exactement ainsi. Cela découle de l’exigence de vérification de la NASA et de la mécanique, et nous y voyons l’argument pratique le plus fort de tout le sujet – mais c’est notre conclusion, pas une citation.

La valeur de pré-serrage, et pourquoi deux sources divergent

La consigne largement reprise est de serrer l’écrou bas à 25–50 % du couple final. Elle ne vient d’aucune norme. Elle remonte à Bolt Science, à titre de conseil d’ingénierie, au motif que le jeu des filets et la longueur serrée rendent la charge initiale exacte difficile à déterminer, d’où l’emploi d’une fraction simplifiée.

La NAVSEA donne une autre règle, proportionnée aux pièces : serrer l’écrou bas en proportion du rapport des épaisseurs – avec l’exemple d’un écrou bas des deux tiers de l’épaisseur de l’écrou principal, serré à environ la moitié à deux tiers du couple de l’écrou principal, puis maintenu à la clé pendant que l’écrou principal est serré au couple de précharge spécifié.

Deux sources crédibles, deux chiffres différents, aucune n’étant une norme. Bon à savoir avant d’inscrire un chiffre dans une instruction de travail.

Quand « écrou bas dessous » cesse d’être la réponse

Sur une vis longue présentant un fort allongement, l’écrou bas inférieur peut s’arracher le premier. Bolt Science le signale expressément. Et notez ce que n’est pas la solution : il ne s’agit pas de remettre l’écrou bas au-dessus. Il faut utiliser deux écrous de hauteur normale, ou une tout autre méthode de freinage.

C’est aussi pourquoi nous n’affirmerons pas qu’un écrou bas en position porteuse est toujours une erreur. Pour un assemblage qui doit développer la pleine résistance de la vis, un écrou bas ne doit pas être seul à assurer cette fonction. Mais les écrous bas ont des usages légitimes bien en deçà de la charge d’épreuve – réglages, embouts de tige, tendeurs, positionnement et espaces exigus.

La dissidence historique

La position « écrou bas au-dessus » est généralement attribuée à Tubal Cain – T. D. Walshaw –, dans Model Engineer (vol. 140, n° 3500, 1er novembre 1974, p. 1069). L’article existe et il est catalogué.

Nous n’avons pas pu obtenir de texte intégral vérifiable publiquement, et les restitutions de son argument sur les forums se contredisent ; nous ne caractériserons donc pas son raisonnement. On peut dire que sa conclusion va à l’encontre de l’ISO 898-2:2012, de Bickford, du manuel NAVSEA et d’une démonstration de vibrations transversales de Bolt Science où, écrou bas au-dessus, les deux écrous se sont desserrés ensemble, alors qu’écrou bas dessous, correctement serré, seule une relaxation initiale est apparue. Cette démonstration est un essai sur une dimension, pas une preuve générale.

Donc : une dissidence historique documentée, ni réfutée ni position normative actuelle.

Que faire de tout cela

Déterminez d’abord quel type de desserrage vous avez. Un double écrou ne peut agir que sur un écrou qui tourne. Si la vis n’a jamais tourné et que l’effort de serrage a disparu malgré tout, cette méthode ne règle rien – deux défaillances différentes partagent le même mot.
Si le freinage doit être vérifié, choisissez une solution vérifiable. Le couple de freinage selon l’ISO 2320, le freinage mécanique ou un procédé d’adhésif qualifié laissent tous une preuve que le double écrou ne laisse pas.
Si vous l’utilisez malgré tout – maintenance, haute température, ensemble ancien, emplacement où un écrou de freinage standard ne loge pas –, alors écrou bas dessous, maintenu pendant le serrage de l’écrou extérieur, et vérifiez que l’écrou extérieur est aussi épais que l’exigerait une conception à écrou unique.
Sachez ce que vous avez acheté. Un écrou bas est de classe 04 ou 05. Si votre fournisseur a coté un « écrou M10 » et livré des écrous bas, vous avez une pièce de 22,0 kN là où l’on supposait une pièce de 50,5 kN.
Ne citez pas l’ISO pour l’ordre. Cette phrase figure dans l’édition 2012, et l’édition 2022 l’a supprimée.

Les solutions dotées d’essais d’acceptation définis sont présentées dans Quel type de desserrage le frein-filet corrige réellement.

Références

L’acceptation pour une application donnée relève de votre plan et de vos propres essais.

Cet article traite de l’étape 2 : filetage. L’ordre complet est support, filetage, tête, empreinte, finition et documentation. L’article anglais Specifying a screw explique pourquoi le modifier entraîne une reprise.

Questions fréquentes

L’écrou bas se monte-t-il en premier ou en dernier ?

Pour un assemblage précontraint ordinaire, il se monte en premier, contre la face d’appui, et l’écrou de hauteur normale est serré par-dessus pendant que l’écrou bas est maintenu contre la rotation. La section 5 de l’ISO 898-2:2012 prescrivait cette séquence en toutes lettres, et la disposition figure aussi chez Bickford et dans le NAVSEA NSTM Chapter 075. La section 6 de l’ISO 898-2:2022 conserve l’exigence d’appariement des deux écrous mais n’énonce plus la procédure ; le texte ISO en vigueur ne donne donc pas l’ordre.

Pourquoi l’écrou bas va-t-il dessous ?

Parce qu’après le serrage final, ce n’est pas lui qui reprend la charge de service. Le serrage de l’écrou extérieur allonge encore la vis et décharge progressivement l’écrou bas intérieur, et les deux écrous finissent par porter sur des flancs opposés du filetage. Le manuel NAVSEA indique que l’écrou principal reprend toute la charge de service et doit donc être aussi épais qu’il le faudrait s’il était seul. L’écrou bas reprend toujours l’effort mutuel entre les écrous et les contraintes de contact des filets ; il n’est donc pas entièrement déchargé.

Un écrou bas est-il moins résistant qu’un écrou normal ?

Nettement. Un écrou bas est le style 0 de l’ISO 898-2, couvert par l’ISO 4035:2023 en classes de qualité 04 et 05, où le zéro initial est la notation normalisée d’une capacité de charge réduite. En M10 par 1,5, la charge d’épreuve est de 22,0 kN pour la classe 04 et de 29,0 kN pour la classe 05, contre 50,5 kN pour un écrou normal de classe 8. L’ISO 898-2 précise explicitement qu’un écrou bas n’est pas conçu pour éviter l’arrachement des filets en cas de surcharge.

Les normes recommandent-elles le double écrou pour le freinage ?

Pas là où le freinage doit être vérifié. La NASA-STD-5020B exige un dispositif de freinage indépendant de la précharge et indique qu’un contre-écrou peut ne pas être recevable. La NAVSEA le qualifie d’ancienne méthode généralement non recommandée pour les nouvelles installations. Bickford classe le double écrou comme faible dans une comparaison aux vibrations Junker. Le tableau A14 de la VDI 2230 partie 1 ne cite pas le double écrou simple parmi les solutions de freinage, mais une omission n’est pas une interdiction et aucune interdiction expresse n’a été trouvée.

Faut-il serrer l’écrou bas à 25 à 50 pour cent du couple final ?

Ce chiffre est un conseil d’ingénierie et non une exigence normative ; il remonte à Bolt Science, qui emploie une fraction simplifiée parce que le jeu des filets et la longueur serrée rendent la charge initiale exacte difficile à déterminer. La NAVSEA donne une autre règle proportionnée aux pièces : un écrou bas des deux tiers de l’épaisseur de l’écrou principal est serré à environ la moitié à deux tiers du couple de l’écrou principal. Deux sources crédibles donnent des chiffres différents, et aucune n’est une norme.

Peut-on contrôler un double écrou après montage ?

Pas de façon significative, et c’est là son problème pratique. L’assemblage terminé n’indique ni le couple reçu par le premier écrou, ni si l’écrou bas a été maintenu pendant le serrage de l’écrou extérieur, ni si les filets ont déjà plastifié localement. Comme les performances sont entièrement fixées au montage et que le montage ne laisse aucune trace, deux assemblages d’apparence identique peuvent se comporter différemment. C’est notre conclusion à partir des exigences de vérification et de la mécanique, et non une citation de norme.

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Si un plan prescrit un écrou bas, dites-nous s’il sert de contre-écrou ou s’il porte la charge. Les deux exigent des classes de qualité différentes, et la charge d’épreuve d’un écrou bas de classe 04 reste bien inférieure à la moitié de celle d’un écrou normal de classe 8 de même dimension.

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