Les Différents Types de Filetage : Guide Complet et Mémento Technique

Introduction

Le filetage constitue l'un des éléments fondamentaux de la construction mécanique moderne. Présent dans pratiquement tous les domaines industriels, du macroscopique au microscopique, il permet de réaliser des assemblages démontables, d'effectuer des réglages précis ou de transformer un mouvement rotatif en mouvement linéaire. La diversité des types de filetage répond à l'évolution des besoins techniques et à la spécialisation des industries. Ce guide technique propose un panorama complet des différents types de filetage, leurs caractéristiques, leurs domaines d'application et les normes qui les régissent, offrant ainsi une référence utile pour les ingénieurs, les techniciens et tous les professionnels confrontés au choix et à l'utilisation des éléments filetés.

Principes fondamentaux du filetage

Définition et terminologie

Un filetage est une forme hélicoïdale continue, créée sur une surface cylindrique ou conique, permettant la transformation d'un mouvement de rotation en mouvement de translation, ou assurant le maintien en position de deux pièces assemblées. Les termes techniques essentiels pour décrire un filetage sont :

• Pas : Distance entre deux filets consécutifs mesurée parallèlement à l'axe
• Diamètre nominal : Diamètre théorique de référence du filetage
• Diamètre extérieur : Diamètre maximal mesuré sur les crêtes du filetage extérieur (vis)
• Diamètre à flancs : Diamètre mesuré à mi-hauteur du profil du filetage
• Diamètre intérieur : Diamètre minimal mesuré au fond des creux du filetage extérieur
• Angle du filet : Angle formé par les flancs du profil du filet
• Sens de l'hélice : À droite (standard) ou à gauche (applications spéciales)
• Nombre de filets : Un filetage peut être simple, double ou à plusieurs entrées

Ces paramètres déterminent les caractéristiques fonctionnelles et mécaniques du filetage.

Éléments géométriques communs

Malgré leur diversité, tous les filetages partagent certaines caractéristiques géométriques :

• Profil : Section transversale du filet présentant une forme spécifique (triangulaire, trapézoïdale, etc.)
• Crête : Sommet du filet
• Creux : Fond du filet
• Flancs : Surfaces latérales du filet reliant crête et creux
• Hélice : Parcours du filet autour de l'axe

La maîtrise de ces éléments est essentielle pour comprendre les spécificités de chaque type de filetage.

Les grands systèmes de filetage

Filetages métriques ISO

Le système métrique ISO, défini par les normes ISO 68-1 et ISO 261, constitue aujourd'hui le standard international le plus répandu. Ses caractéristiques principales sont :

• Profil triangulaire avec un angle de 60° entre les flancs
• Désignation : M suivi du diamètre nominal et du pas en mm (ex. M10×1,5)
• Séries de pas : pas gros (standard), pas fin et pas extra-fin
• Système d'unités : métrique (millimètres)

Le filetage métrique ISO a progressivement remplacé la plupart des autres systèmes dans le monde industriel, à l'exception notable des pays anglo-saxons où il coexiste avec d'autres standards.

Filetages Whitworth

Le système Whitworth, développé au Royaume-Uni au 19ème siècle, reste présent dans certaines applications spécifiques et en maintenance :

• Profil triangulaire avec un angle de 55° entre les flancs
• Arrondi au sommet et au fond du filet
• Désignation : W ou BSW suivi du diamètre nominal en pouces (ex. W 1/2")
• Pas exprimé en nombre de filets par pouce
• Variantes : BSF (British Standard Fine) pour les pas fins

Bien que moins courant aujourd'hui, ce système reste important pour la maintenance d'équipements anciens et dans certains secteurs traditionnels.

Filetages américains Unified

Le système Unified, utilisé principalement aux États-Unis et dans les industries aéronautique et automobile américaines, présente les caractéristiques suivantes :

• Profil triangulaire avec un angle de 60° (similaire au métrique)
• Désignation par séries : UNC (Unified National Coarse), UNF (Unified National Fine), UNEF (Unified National Extra Fine)
• Dimensions en pouces avec pas exprimé en nombre de filets par pouce
• Exemples : 1/4"-20 UNC (1/4 pouce de diamètre, 20 filets par pouce, série Coarse)

Ce système reste dominant dans l'industrie nord-américaine et dans les secteurs où les standards américains prédominent.

Filetages gaz et NPSM

Les filetages pour tuyauteries, essentiels pour les raccordements hydrauliques et pneumatiques, se déclinent en plusieurs variantes :

Filetage gaz cylindrique (G / BSPP)

• Profil Whitworth (angle de 55°)
• Surface cylindrique (parallèle)
• Étanchéité assurée par un joint rapporté
• Désignation : G suivi du diamètre nominal en pouces (ex. G 1/2")

Filetage gaz conique (R / BSPT)

• Profil Whitworth similaire
• Surface conique (1:16)
• Étanchéité assurée par le contact métal-métal
• Désignation : R suivi du diamètre nominal en pouces (ex. R 1/2")

Filetages américains pour tuyauteries (NPT, NPSM)

• NPT (National Pipe Taper) : conique avec angle de 60°
• NPSM (National Pipe Straight Mechanical) : cylindrique avec angle de 60°
• Pas exprimé en nombre de filets par pouce

Ces filetages sont essentiels dans les systèmes de plomberie, hydraulique et pneumatique.

Filetages à profil spécifique

Filetages trapézoïdaux

Les filetages trapézoïdaux, conçus pour la transmission de puissance, se caractérisent par :

Filetage trapézoïdal ISO (Tr)

• Profil trapézoïdal avec angle de 30° entre les flancs
• Désignation : Tr suivi du diamètre nominal et du pas en mm (ex. Tr 20×4)
• Application : vis de commande, vérins mécaniques, machines-outils

Filetage trapézoïdal Acme

• Profil trapézoïdal avec angle de 29° entre les flancs
• Désignation en pouces avec nombre de filets par pouce
• Utilisation courante dans les équipements américains

Ces filetages offrent une meilleure résistance mécanique et une moindre tendance au coincement que les filetages triangulaires.

Filetages en dents de scie

Les filetages en dents de scie, caractérisés par un profil asymétrique, comprennent notamment :

Filetage à pas de vis (buttress thread)

• Profil asymétrique avec un flanc presque perpendiculaire à l'axe
• Conception pour résister à des charges axiales dans une seule direction
• Applications : vérins hydrauliques haute pression, armement, outillages de presse

Filetage en dents de scie Edison

• Profil spécifique pour les culots d'ampoules électriques
• Standardisé pour assurer l'interchangeabilité des produits d'éclairage

Ces profils spécialisés répondent à des besoins spécifiques où les forces sont principalement unidirectionnelles.

Filetages ronds

Les filetages à profil rond, moins courants mais importants dans certains domaines, incluent :

Filetage rond Rd

• Profil arrondi avec angle entre flancs d'environ 30°
• Applications : conditions sévères, environnements sales, vis de pression pour rails
• Désignation : Rd suivi du diamètre et du pas (ex. Rd 30×3)

Filetage rond pour domaines spécifiques

• Industrie ferroviaire : raccords de freins pneumatiques
• Équipements d'incendie : raccords de tuyaux normalisés
• Applications médicales : certains dispositifs spécifiques

Ces filetages offrent une bonne résistance à l'usure et aux chocs.

Filetages à usage spécifique

Filetages pour l'industrie aéronautique

L'industrie aéronautique utilise des filetages spécifiques répondant à des exigences strictes :

• MJ : Filetage métrique modifié avec profil spécifique pour applications aéronautiques
• UNJ : Variante du filetage Unified avec rayon contrôlé au fond du filet
• AS9100 : Standards de qualité spécifiques pour les filetages aéronautiques

Ces filetages sont caractérisés par des tolérances très précises et des exigences de traçabilité strictes.

Filetages pour l'industrie électronique

L'électronique et la micromécanique utilisent des filetages miniatures :

• M0.8, M1, M1.2 : Très petits filetages métriques pour appareils électroniques
• Filetages spéciaux pour composants électroniques comme les connecteurs coaxiaux
• Standards japonais et américains pour appareils photos et équipements optiques

Ces filetages requièrent des procédés de fabrication de haute précision.

Filetages pour le secteur médical

Le domaine médical emploie des filetages spécifiques pour diverses applications :

• Luer : Standard pour raccords médicaux (seringues, cathéters)
• Filetages pour implants dentaires : Normes ISO spécifiques
• Filetages pour matériel orthopédique : Vis à os et plaques d'ostéosynthèse

Ces filetages doivent répondre à des exigences strictes de biocompatibilité et de stérilisation.

Paramètres techniques et tolérances

Système de tolérance ISO

Le système ISO définit des classes de tolérance pour les filetages métriques :

Pour filetages extérieurs (vis)

• 6g : Tolérance standard pour usage général
• 4g, 5g : Tolérances plus serrées pour applications de précision
• 7g, 8g : Tolérances plus larges pour faciliter l'assemblage ou pour pièces plaquées

Pour filetages intérieurs (écrous)

• 6H : Tolérance standard pour usage général
• 4H, 5H : Tolérances plus serrées pour applications de précision
• 7H, 8H : Tolérances plus larges pour certaines applications spécifiques

Ces classes définissent les écarts maximaux admissibles par rapport aux dimensions théoriques.

Contrôle des filetages

La vérification des filetages peut être réalisée par différentes méthodes :

• Calibres "entre"/"n'entre pas" : Vérification de la conformité dimensionnelle
• Micromètres à filets : Mesure précise des diamètres et pas
• Projecteurs de profil : Contrôle du profil exact du filetage
• Machines à mesurer tridimensionnelles : Pour analyses complètes
• Techniques de vision industrielle : Pour contrôles automatisés

Ces méthodes garantissent la conformité des filetages aux spécifications.

Formules et relations dimensionnelles

Pour les filetages métriques ISO, quelques relations essentielles à connaître :

• Diamètre intérieur ≈ Diamètre nominal - 1,082 × Pas
• Diamètre à flancs ≈ Diamètre nominal - 0,649 × Pas
• Section résistante ≈ π/4 × (Diamètre nominal - 0,9382 × Pas)²
• Couple de serrage = K × Diamètre nominal × Force de précontrainte

Ces formules permettent le dimensionnement et le calcul des assemblages filetés.

Applications spécifiques et choix des filetages

Critères de sélection d'un type de filetage

Le choix d'un type de filetage dépend de nombreux facteurs :

• Fonction : Assemblage, mouvement, étanchéité, réglage
• Charges : Nature et amplitude des efforts à transmettre
• Environnement : Température, corrosion, vibrations
• Fréquence de démontage : Occasionnel ou fréquent
• Compatibilité : Avec des équipements existants ou standards du secteur
• Fabrication : Processus disponibles et coûts associés

Une analyse méthodique de ces critères permet d'optimiser le choix du filetage.

Applications typiques par secteur industriel

Industrie mécanique générale

• Filetages métriques ISO : Usage général pour assemblages démontables
• Filetages trapézoïdaux : Systèmes de réglage et vis de mouvement

Automobile

• Métriques ISO : Majorité des assemblages
• Filetages spéciaux : Bougies d'allumage, injecteurs, raccords spécifiques

Plomberie et hydraulique

• Filetages gaz (BSPP, BSPT) : Raccords de tuyauterie européens
• NPT/NPSM : Raccords nord-américains
• Raccords rapides avec filetages spécifiques

Électronique et appareillage

• Filetages miniatures : Composants électroniques, appareils photo
• Filetages spéciaux : Connecteurs coaxiaux, fixations d'écrans

Évolution et tendances

Les développements récents dans le domaine des filetages incluent :

• Standardisation accrue au niveau international
• Filetages auto-taraudeurs perfectionnés pour nouveaux matériaux
• Revêtements innovants améliorant résistance à la corrosion et lubrification
• Filetages spéciaux pour matériaux composites
• Systèmes anti-desserrage intégrés au profil du filetage

L'évolution constante des matériaux et des applications continue d'influencer le développement de nouveaux types de filetages.

Tableau comparatif des principaux filetages

Normes internationales de référence

Normes ISO

• ISO 68-1 : Filetages ISO de forme triangulaire - Profil de base
• ISO 261 : Filetages métriques ISO pour usages généraux - Vue d'ensemble
• ISO 262 : Filetages métriques ISO pour usages généraux - Sélection de dimensions pour la boulonnerie
• ISO 724 : Filetages métriques ISO pour usages généraux - Dimensions de base
• ISO 965 : Filetages métriques ISO pour usages généraux - Tolérances
• ISO 5864 : Filetages ISO trapézoïdaux

Normes européennes

• EN 10226 : Filetages de tuyauterie pour raccordement avec étanchéité par le filetage
• DIN 13 : Filetages métriques ISO (norme allemande)
• DIN 103 : Filetages trapézoïdaux (norme allemande)

Normes américaines

• ASME B1.1 : Unified Inch Screw Threads (UN and UNR Thread Form)
• ASME B1.5 : ACME Screw Threads
• ASME B1.20.1 : Pipe Threads, General Purpose (Inch)

Fabrication des filetages

Procédés de fabrication pour filetages extérieurs

Usinage par enlèvement de matière

• Filetage à l'outil : Sur tour conventionnel ou CNC
• Filetage à la fraise : Sur fraiseuse ou centre d'usinage
• Taillage : Par peigne ou méthode tangentielle
• Rectification : Pour filetages de haute précision

Formage sans enlèvement de matière

• Roulage : Déformation à froid entre matrices profilées
• Formage à chaud : Pour grandes séries en conditions spéciales

Procédés pour filetages intérieurs

• Taraudage : Par coupe avec tarauds hélicoïdaux
• Taraudage par déformation : Sans copeaux, par refoulement du métal
• Filetage intérieur par outil : Sur alésage de précision
• Fraisage hélicoïdal : Par interpolation sur centres d'usinage

Finition et traitements des filetages

• Roulage de finition : Amélioration de l'état de surface
• Rectification : Pour tolérances serrées ou duretés élevées
• Revêtements : Anticorrosion (zingage, nickelage) ou anti-friction
• Brunissage : Protection superficielle

Problèmes courants et solutions

Défauts de filetage et leur correction

Réparation des filetages endommagés

• Helicoil : Inserts hélicoïdaux pour restaurer un filetage interne
• Time-Sert : Inserts solides pour réparations haute résistance
• Tarauds de réparation : Pour redimensionner à une taille supérieure
• Techniques de soudage : Pour reconstruction avant réusinage

Compatibilité entre systèmes

La coexistence de différents standards peut poser des problèmes de compatibilité :

• Conversions approximatives entre systèmes métrique et impérial
• Risques de confusion entre filetages de dimensions proches
• Assemblages impossibles entre standards incompatibles
• Solutions : Adaptateurs spécifiques, standardisation progressive

Conclusion

La diversité des systèmes de filetage reflète l'évolution historique et la spécialisation des différents secteurs industriels. Malgré une tendance à la standardisation autour du système métrique ISO, de nombreux types de filetages spécifiques demeurent indispensables pour répondre à des besoins techniques particuliers. La connaissance approfondie de ces différents systèmes, de leurs caractéristiques et de leurs applications permet aux concepteurs et aux techniciens de faire les choix optimaux pour chaque situation.

L'évolution des matériaux, des procédés de fabrication et des exigences fonctionnelles continue d'influencer le développement des filetages, tout en maintenant une compatibilité avec les systèmes existants. Cette dualité entre innovation et conservation des standards établis constitue un défi permanent pour l'industrie, mais aussi une richesse technique qui permet de répondre avec précision à des besoins très variés.

La maîtrise des différents types de filetage, de leurs spécifications et de leurs domaines d'application reste donc une compétence fondamentale pour tous les professionnels de la mécanique et de la construction industrielle.