Le fluage est le phénomène physique qui provoque la déformation irréversible différée (c'est-à-dire non instantanée) d’un matériau soumis à une contrainte constante (notée ), même inférieure à la limite d'élasticité du matériau, pendant une durée suffisante. Le fluage ainsi que la relaxation de contrainte sont deux méthodes en quasi statique de caractérisation des matériaux visqueux (cas du béton).
Ils servent notamment à tester et prédire les déformations et dégradation des constructions (ponts, bâtiments réacteurs (BR) de centrales nucléaires en béton précontraint, etc.) qui influeront sur leurs performances et qualité au cours de leur vieillissement ou en cas d'aléa sismique.
En pratique, lors d'essais de fluage, les éprouvettes sont le plus souvent soumises à une force constante appelée sollicitation. La contrainte est alors constante, tant que la variation de section de l'éprouvette reste très faible. La contrainte est définie comme le rapport de la force appliquée à l'aire de la section (c'est-à-dire une pression). La déformation (le déplacement relatif) ) qui en résulte dépend en général des conditions extérieures à la pièce : temps (t), valeur de la contrainte, température, pression, etc.
Il y a deux types de comportement liés au fluage : le comportement viscoélastique que l'on rencontre principalement dans les polymères et le comportement viscoplastique qui concerne plutôt les métaux et céramiques.
La déformation lors de l'essai est la somme de la déformation élastique, instantanée, et de la déformation visqueuse due à l'écoulement visqueux et qui est parfois appelée « élasticité retardée ».
Concernant ce type d'essai mécanique, deux cas se présentent :
L'expérience de fluage peut être contrôlée en mesurant l'allongement de l'éprouvette après avoir retiré la contrainte appliquée. Le matériau a subi une déformation permanente (ou résiduelle) reliée à l'écoulement irréversible. Ce phénomène concerne surtout les fluides viscoélastiques. Plus la durée d'application de la contrainte a été longue, plus la déformation permanente est importante.
Dans le cas d'un polymère, le fluage a pour origine le phénomène de glissement des chaînes macromoléculaires les unes par rapport aux autres. Pour éviter ce phénomène d'écoulement, il faut diminuer le glissement. Une solution consiste à procéder à la réticulation du polymère, qui créera des liaisons covalentes entre ses chaînes (pontage). La déformation du solide viscoélastique obtenu sera plus faible que celle du matériau fluide.
Lors d'un essai mécanique de fluage, réalisé avec une éprouvette soumise à une contrainte et une température constantes, l'allongement est mesuré en fonction du temps. La courbe ainsi obtenue présente trois zones différentes, de comportements différents. Il s'agit des trois modes de fluage :
