Cuivre ou aluminium, vu du côté de l'opérateur machine
Ce n'est pas la comparaison achats. Ce qui change réellement sur la poinçonneuse, la cintreuse et l'ébavureuse quand on passe du cuivre à l'aluminium.
Lecture : 10 minMis à jour le 2026-08-18
Si vous êtes venu ici pour déterminer s'il faut spécifier des jeux de barres en cuivre ou en aluminium, ce n'est pas le bon article. Cette décision se prend sur la conductivité, le poids, le prix au kilogramme, la tenue au court-circuit et le coût installé ; elle a été traitée de façon exhaustive, et vous en trouverez de meilleurs exposés que tout ce que nous pourrions ajouter. Allez en lire un.
Ici, il s'agit de ce qui se passe une fois cette décision prise et qu'une palette de l'autre métal arrive dans votre atelier. Les réglages de poinçonnage sont faux, les angles de cintrage sont faux, la ligne d'ébavurage s'encrasse, et le premier raccordement que vous ferez sera faux aussi. Rien de tout cela ne figure dans la comparaison achats.
Commencez par les valeurs mécaniques, pas par les électriques
Tout ce qui suit en découle. Valeurs typiques pour les deux matériaux standard de jeux de barres, cuivre à haute conductivité et aluminium de nuance 1350 :
| Propriété à 20 °C | Cuivre C101 | Aluminium 1350 | Unités |
|---|---|---|---|
| Résistance à la traction, recuit | 200–250 | 50–60 | N/mm² |
| Résistance à la traction, demi-dur | 260–300 | 85–100 | N/mm² |
| Limite d'élasticité 0,2 %, recuit | 50–55 | 20–30 | N/mm² |
| Limite d'élasticité 0,2 %, demi-dur | 170–200 | 60–65 | N/mm² |
| Module d'élasticité | 116–130 | 70 | kN/mm² |
| Coefficient de dilatation | 17 × 10⁻⁶ | 23 × 10⁻⁶ | par K |
| Point de fusion | 1083 | 660 | °C |
Deux choses à retenir. L'aluminium fait environ le tiers de la résistance du cuivre au même état, et environ la moitié de sa rigidité. Ces deux rapports diffèrent, et c'est cette différence qui rend le retour élastique contre-intuitif.
Une mise en garde de plus avant d'aller plus loin. « Barre d'aluminium » ne désigne pas un seul matériau. Le 1350 du tableau ci-dessus est la nuance douce à haute conductivité. Une bonne part des jeux de barres européens et asiatiques est en EN AW-6101B à l'état T6, dont la limite d'élasticité 0,2 % minimale est de 160 N/mm² et la résistance à la traction minimale de 215 N/mm², pour une conductivité ≥ 52 % IACS. C'est presque le triple de la limite d'élasticité du 1350 demi-dur, et cela change tous les réglages de procédé de cet article. Sachez lequel vous avez avant de toucher une machine.
L'effort, et la machine que vous possédez déjà
L'effort de poinçonnage vaut périmètre × épaisseur × résistance au cisaillement. C'est sur la résistance au cisaillement que les deux métaux divergent.
Les données de poinçonnage publiées pour le C11000 donnent environ 179 N/mm² au cisaillement pour du cuivre demi-dur et 193 pour du dur. L'aluminium doux de la série 1xxx se situe bien plus bas : le 1100-O est listé à 62 N/mm². Prenez un trou de 13,5 mm dans une barre de 10 mm, soit 42,4 mm de périmètre : le cuivre demi-dur demande environ 76 kN, l'aluminium doux environ 26 kN.
Attention à la provenance de ces valeurs pour le cuivre. Des chiffres de 200 à 230 circulent largement, mais ce sont des valeurs de traction employées comme des valeurs de cisaillement. Pour le cuivre, le cisaillement mesuré vaut environ 0,65 à 0,70 de la traction, et non les 0,8 de la règle empirique : emprunter la valeur de traction surestime donc l'effort d'environ un tiers.
Passez vos propres diamètres de trous dans le calculateur d'effort de poinçonnage plutôt que d'extrapoler à partir de cet exemple, et choisissez la nuance qui correspond à ce qui est réellement sur votre rack. Si votre aluminium est du 6101B-T6 et non du 1350, 62 N/mm² est nettement optimiste ; une valeur voisine de 150 N/mm² est la bonne hypothèse de départ pour le tonnage, ce qui explique pourquoi le calculateur liste les nuances d'aluminium séparément au lieu de proposer une seule option « aluminium ».
La conséquence pratique pour un atelier déjà outillé pour le cuivre est que l'effort n'est jamais la contrainte sur l'aluminium. Un EMAC-BP-60 de 600 kN est largement surdimensionné pour de la barre d'aluminium douce, ce qui ne pose pas de problème. Ce qui en pose un, c'est d'en conclure que le procédé est plus facile.
Tendre ne veut pas dire facile
C'est la partie qui piège. Le cuivre est plus dur, mais le cuivre est mieux élevé.
Le cuivre est, au sens du poinçonnage, un matériau à rupture relativement fragile. Le poinçon pénètre, une fissure s'amorce à l'arête du poinçon et se propage jusqu'à rejoindre celle issue de l'arête de matrice, et la pastille se sépare. La transition entre la bande brunie et la zone de rupture est nette, et la bavure est petite et régulière.
L'aluminium doux ne veut pas rompre. Il veut fluer. Il s'étire devant le poinçon, s'entraîne dans la matrice, et se sépare tard et salement. Trois problèmes précis en découlent.
Le premier est le grippage et l'arête rapportée. L'aluminium se transfère sur l'outil. Des travaux sur tôle AA5754-O de 2 mm poinçonnée avec un outil en acier M2 ont mesuré directement le volume transféré et trouvé que le grippage progresse le plus vite dans les premières courses d'un poinçonnage à sec, se stabilisant à une vitesse d'environ 7,5 × 10⁵ µm³ par course entre la 20e et la 125e. Lubrifier la tôle avec un lubrifiant à base d'huile réduisait nettement le transfert. Ce que fait la matière transférée, c'est changer la géométrie effective du poinçon : le poinçon grossit, le jeu se referme, la cote du trou dérive, et le poinçon finit par se gripper dans la pastille.
Le deuxième est le soudage à froid, qui est la même adhérence agissant sur la pastille. Une pastille d'aluminium soudée à la face du poinçon remonte avec lui et atterrit là où elle ne devrait pas, généralement sur la face de la matrice, où la course suivante la presse dans la barre.
Le troisième est la forme de la bavure. Une bavure de cuivre est une lèvre soulevée que l'on peut faire sauter. Une bavure d'aluminium est une languette ductile repliée, qui se couche sous une brosse d'ébavurage au lieu de se cisailler, et qui se redresse quand la barre fléchit.
Le jeu va dans le sens contraire de votre intuition
La règle générale veut qu'un matériau plus dur, à plus forte résistance au cisaillement, prenne plus de jeu, et qu'un matériau plus tendre et plus ductile en prenne moins. C'est l'inverse de ce que devinent la plupart des opérateurs, parce qu'ils raisonnent sur la durée de vie de l'outil et non sur la qualité de coupe.
Un jeu trop large sur l'aluminium et la rupture n'est pas franche. La matière est entraînée et étirée dans la matrice, ce qui donne un fort affaissement de bord, un trou conique plus petit à l'entrée qu'à la sortie, et une grosse bavure déchirée en face inférieure. Un jeu trop serré et vous obtenez un cisaillement secondaire, une seconde bande de rupture visible sur la paroi du trou, et le problème de grippage s'aggrave, car la portée du poinçon et celle de la matrice sont plus proches avec de l'aluminium entre elles.
Les tables de jeu publiées pour les jeux de barres ne s'accordent pas entre elles, et certaines de celles qui circulent sont incohérentes en interne : servez-vous donc de la paroi du trou comme instrument. Une bande brunie propre avec une seule zone de rupture en dessous est correcte ; une double bande de rupture signifie trop serré ; un fort affaissement de bord avec une sortie déchirée signifie trop large. Les valeurs et le diagnostic complet figurent dans le jeu poinçon-matrice pour les barres en cuivre et en aluminium.
L'autre correction qui compte porte sur la géométrie de nez de poinçon. Un poinçon à face plate qui convient sur le cuivre demandera un angle de dépouille ou un biseau sur l'aluminium pour rompre la coupe progressivement et abaisser l'effort de crête, ce qui réduit à la fois le choc de rupture brusque et la tendance de la pastille à coller.
Retour élastique : cela dépend de quel aluminium
Le retour élastique d'un pli varie avec le rapport de la limite d'élasticité au module d'élasticité, σy/E, pour un rapport rayon de pli sur épaisseur donné. Ni avec la résistance seule, ni avec la rigidité seule.
Calculons ce rapport pour les trois matériaux courants de jeux de barres :
| Matériau | Limite d'élasticité 0,2 % | E | σy/E |
|---|---|---|---|
| Cuivre, demi-dur | ~185 N/mm² | ~123 kN/mm² | 1,50 × 10⁻³ |
| Aluminium 1350, demi-dur | ~62 N/mm² | 70 kN/mm² | 0,89 × 10⁻³ |
| Aluminium 6101B-T6 | 160 N/mm² mini | 70 kN/mm² | 2,29 × 10⁻³ |
Le 1350 demi-dur revient sensiblement moins que le cuivre demi-dur, car bien qu'il soit beaucoup moins résistant, il est aussi beaucoup moins rigide, et la résistance chute davantage que la rigidité. Le 6101B-T6 revient environ une fois et demie plus que le cuivre, car il retrouve l'essentiel de la résistance du cuivre tout en conservant le faible module de l'aluminium.
C'est pourquoi « l'aluminium revient plus » et « l'aluminium revient moins » sont deux affirmations que vous entendrez de la bouche de gens expérimentés, et pourquoi toutes deux sont exactes s'agissant du matériau qu'ils manipulent.
La réponse pratique n'est pas d'en débattre mais de le mesurer. Les machines à cintrer intègrent la compensation électronique du retour élastique, ce qui signifie que la correction est une valeur stockée par combinaison de matériau et d'outil, et non une habitude d'opérateur. Créez trois entrées matériau, pas une seule intitulée « aluminium », et cintrez une éprouvette pour chaque nouvel état ou nouveau fournisseur. La même discipline vaut pour le rayon minimal de cintrage, qui doit généralement être plus généreux en aluminium malgré les efforts plus faibles, car la ductilité qui le fait fluer sous un poinçon ne le protège pas d'une fissuration à la fibre extérieure d'un pli serré.
Notez aussi le coefficient de dilatation de 23 × 10⁻⁶ par K contre 17 pour le cuivre. Sur une barre de 6 m, cela change la longueur dont vous disposez quand vous la mesurez dans un atelier froid et l'endroit où les trous se retrouvent quand l'ensemble est chaud.
La couche d'oxyde change tout en aval
Le cuivre s'oxyde lentement, et le film qui se forme est semi-conducteur, car les ions cuivre y diffusent et la conduction peut s'y établir dans les deux sens. C'est pourquoi les raccordements en cuivre nu fonctionnent.
L'oxyde d'aluminium est un isolant électrique de premier ordre et il se forme en quelques microsecondes dès qu'une surface fraîche rencontre l'air. Chaque barre d'aluminium que vous recevez en porte déjà. Chaque face coupée et chaque trou poinçonné en développe un nouveau avant même que vous n'ayez posé la barre.
Il est aussi mécaniquement dur. Le corindon est un abrasif, d'une dureté qui se compte en milliers sur l'échelle Vickers, contre environ 90 HV pour du cuivre écroui. Le film qui ne conduit pas est donc aussi celui qui use votre outillage, ce qui est une combinaison désagréable : l'aluminium charge l'outil par adhérence et l'abrase par son oxyde en même temps.
Deux conséquences à l'atelier.
Pour l'ébavurage, l'aluminium encrasse bandes abrasives et brosses bien plus vite que le cuivre, et les abrasifs encrassés brunissent au lieu de couper. Traitez l'aluminium avec des abrasifs dédiés. Ne partagez pas une bande entre les deux métaux, dans un sens comme dans l'autre : des particules de cuivre incrustées dans une surface d'aluminium sont autant de piles galvaniques qui attendent l'humidité, et de l'aluminium étalé sur une face de raccordement en cuivre est un film isolant exactement au mauvais endroit. La BND800-2 accepte la barre de 0,5 à 50 mm d'épaisseur à 5 à 30 m/min : traiter les deux métaux en campagnes séparées avec un changement d'abrasif entre elles coûte de l'ordonnancement, pas du débit.
Pour le raccordement, l'oxyde doit être rompu mécaniquement au montage puis empêché de se reformer. La pratique courante est d'abraser les faces en contact sous une couche de pâte de jointoiement, de sorte que le métal frais ne voie jamais l'air, et d'assembler immédiatement. Une barre préparée lundi et boulonnée mercredi a été préparée pour rien.
Revêtement et couple galvanique
Les raccordements aluminium-aluminium nus peuvent fonctionner s'ils sont enduits et assemblés correctement, mais ils sont bien moins indulgents que les raccordements cuivre-cuivre nus, parce que l'oxyde est isolant et non semi-conducteur, et parce que l'aluminium flue.
Gardez cette valeur de fluage en tête. L'aluminium 1080 recuit à 20 °C présente une vitesse de fluage minimale de 0,022 % par 1000 heures sous 26 N/mm², et le cuivre recuit à haute conductivité n'atteint la même vitesse, à contrainte égale, que porté à 150 °C. À température ambiante, l'aluminium soumis à une pression de contact normale flue déjà à une vitesse que le cuivre n'atteint nulle part dans sa plage de service. Les rondelles-ressorts coniques sur les raccordements en aluminium ne sont pas une option, elles sont la base ; les raisons sont détaillées dans l'article sur les raccordements boulonnés.
Là où l'aluminium rencontre le cuivre, le revêtement cesse d'être facultatif. Les deux métaux sont électrochimiquement très éloignés, à +0,34 V pour le cuivre et −1,66 V pour l'aluminium par rapport à l'électrode standard à hydrogène, et en présence du moindre électrolyte l'aluminium se corrode. Les règles sont brèves :
- Ne boulonnez jamais de l'aluminium nu sur du cuivre nu à un endroit susceptible de voir de l'humidité ou de la condensation.
- Étamez la face aluminium pour que les deux côtés de l'interface soient du même métal, ou utilisez une plaque de transition bimétallique assemblée en usine.
- Si la transition doit se faire sur site, isolez l'interface avec une pâte et acceptez un intervalle d'inspection.
- Tenez aussi les fixations en acier hors du contact direct avec l'aluminium. Le couple est moins sévère qu'avec le cuivre mais il n'est pas anodin, et une fixation revêtue ou inox avec une rondelle isolante coûte peu.
Usure des outils et lubrification
Le cuivre se poinçonne normalement à sec. Le cuivre est abrasif pour l'outillage de façon ordinaire mais il n'adhère pas : la durée de vie de l'outil est donc fixée par l'usure d'arête et elle est prévisible.
L'aluminium ne devrait pas être poinçonné à sec si vous pouvez l'éviter. La lubrification est de loin l'intervention la plus efficace contre le grippage, et elle remplit deux fonctions à la fois : elle empêche le transfert de métal sur le poinçon, et elle permet au poinçon de se retirer de la pastille sans entraînement. La contrepartie est qu'un lubrifiant déposé sur une barre doit disparaître avant l'isolation ou le revêtement : il doit donc être d'une qualité que votre procédé de dégraissage sait réellement éliminer, et l'étape de nettoyage doit figurer dans la gamme plutôt que d'être supposée.
Les revêtements d'outils aident. Les poinçons nitrurés ou revêtus DLC résistent mieux à la reprise d'aluminium que l'acier à outils nu. La fréquence d'inspection des poinçons doit également changer : avec le cuivre, vous inspectez sur un compteur de coups ; avec l'aluminium, vous inspectez sur la qualité du trou, car le grippage dégrade le trou bien avant que l'arête du poinçon ne soit usée.
Ce qu'il faut changer quand le métal change
Si vous convertissez une ligne, la liste courte est la suivante :
- Confirmez l'alliage et l'état d'après le certificat matière, non d'après le bon de livraison. Le 1350 et le 6101B-T6 se comportent assez différemment pour être traités comme des matériaux distincts.
- Réinitialisez la résistance au cisaillement dans le calcul d'effort et revérifiez le tonnage face au motif de trous réellement le plus poinçonné.
- Réduisez le jeu pour l'aluminium doux et vérifiez sur la paroi du trou, non sur une table.
- Introduisez une lubrification au poinçonnage et une étape de nettoyage en aval.
- Redéterminez le retour élastique par état en cintrant des éprouvettes, et stockez-le comme une entrée matériau distincte dans la cintreuse.
- Changez les abrasifs d'ébavurage et gardez-les séparés.
- Changez la spécification de raccordement : pâte, assemblage immédiat, rondelles-ressorts coniques, et revêtement à toute interface aluminium-cuivre.
L'état métallurgique du cuivre compte tout autant à l'intérieur de sa propre famille, et EN 13601 en est la référence : R220/H040 doux recuit à 220-260 N/mm² jusqu'à R290/H090 dur à 290-360 N/mm². Un atelier qui travaille un seul état de cuivre et une seule nuance d'aluminium a deux matériaux à gérer. Un atelier qui prend ce que le négociant a en stock en a nettement plus de deux, et les réglages machine doivent le refléter.