Au cours du 19e siècle, le chemin de fer a connu un développement important et rapide tant en Europe qu’aux États-Unis.

Il s’agissait de construire des locomotives, des tunnels, des ponts, des gares et bien d’autres structures.

Parallèlement à cette évolution, des ruptures inattendues ont commencé à apparaître entre 1840 et 1860 : la plupart d’entre elles se sont produites sans avertissement car elles étaient dues à des fractures fragiles.

Ces ruptures ont commencé à être étudiées et il a été constaté qu’elles pouvaient se produire même lorsque les contraintes étaient inférieures au seuil critique. Tout cela s’est produit en présence de charges cycliques aléatoires ou périodiques. C’est ainsi que le phénomène de la fatigue a été découvert.

Il était donc nécessaire de trouver un test capable de prédire le comportement des matériaux métalliques lorsqu’ils sont soumis à des contraintes cycliques. Il a fallu plusieurs années et plusieurs étapes pour arriver à un test accepté par tous. Voyons-en quelques-unes.

En 1857, le capitaine T.J. Rodman a conçu la première machine à poids tombant pour améliorer les performances des aciers destinés aux armes.

En 1892, Le Chatelier introduit l’utilisation de spécimens entaillés pour les tester avec la machine “à poids tombant” (drop-weight machine). Il a constaté que la présence d’entailles provoquait une rupture fragile sur des aciers qui présentaient une rupture ductile s’ils n’étaient pas entaillés.

S. Bent Russel a conçu en 1898 une nouvelle machine dans laquelle il a utilisé un pendule en forme de marteau. Le but de cette machine était de mesurer l’énergie absorbée par l’éprouvette en calculant la différence entre la hauteur du pendule avant et après la rupture. Ce pendule avait une taille considérable et était capable de fracturer des échantillons de pleine section.

A la même époque, en 1901, en France, George A. A. Charpy, utilisait un pendule très similaire à celui utilisé aujourd’hui, mais où il utilisait des barres entaillées. Son but était de standardiser le test afin de créer une base de données avec des données uniformes.

Dès lors, les métallurgistes se sont concentrés sur la recherche d’une normalisation du test. Deux éprouvettes ont été principalement utilisées :

Section de 10 x 10 mm avec une longueur de 53 mm et une encoche de 2 à 5 mm de profondeur avec un rayon de 1 mm.

Une éprouvette ayant les mêmes proportions que la précédente mais dont les dimensions sont multipliées par trois.

L’éprouvette la plus petite a été retenue parce qu’elle permettait d’utiliser des machines plus petites et moins chères.

Des essais avec des spécimens standardisés ont rapidement permis d’obtenir les premiers résultats importants. Lors du congrès de l’IATM (1912), un sidérurgiste présente un rapport montrant que grâce à l’amélioration apportée par les essais de résilience, il est parvenu à réduire d’un facteur vingt le nombre de pièces rejetées pour cause de fragilité.

En 1922, l’ASTM a organisé un symposium consacré aux essais de résilience et, l’année suivante, un sous-comité de l’ASTM a été chargé de préparer une norme pour les essais de résilience.

Un bon 10 ans avant la publication de l’ASTM E23-33T “Tentative Method of Impact Testing of Metallic Materials”, qui définit l’utilisation du pendule, des méthodes Charpy et Izod, de l’éprouvette à encoche en V et du système d’unités anglaises.

Cette norme existe toujours aujourd’hui et a fait l’objet d’une révision en 2018.

Des débats ont eu lieu concernant le rayon du couteau du pendule, qui était de 0,57 mm au Royaume-Uni et de 2 mm en France.