Le filetage du métal est une technique fondamentale dans le domaine de l’usinage, jouant un rôle important dans l’assemblage et la fixation des pièces mécaniques. Historiquement, cette méthode remonte à des siècles, évoluant avec les avancées technologiques pour répondre aux besoins croissants de précision et de fiabilité dans l’industrie moderne. Que ce soit dans la fabrication de vis, de boulons ou de composants sophistiqués, le filetage permet de créer des connexions robustes et durables, essentielles à la performance et à la sécurité des structures et des machines. Comprendre le filetage du métal, c’est saisir l’une des bases de l’ingénierie mécanique et de la fabrication industrielle. Zoom sur la question
Une définition pour commencer : C’est quoi le filetage du métal ?
Le filetage du métal est une opération d’usinage de précision qui consiste à créer un pas de vis hélicoïdal sur une pièce métallique afin de permettre un assemblage mécanique démontable. Ce filet, interne ou externe, permet d’accueillir une vis, un écrou ou un élément de fixation, assurant un verrouillage axial, parfois étanche, souvent soumis à des charges mécaniques ou thermiques importantes.
Sur le plan technique, le filetage transforme un mouvement rotatif en mouvement linéaire, ce qui en fait un composant-clé dans de nombreux mécanismes (vérins, presses, vis sans fin, systèmes de translation). Le filet peut être réalisé :
- À l’intérieur d’un alésage : on parle alors de taraudage, permettant de visser un élément mâle (vis, tige filetée) ;
- À l’extérieur d’un cylindre : on parle de filetage externe, utilisé sur les vis, goujons, axes filetés ou raccords.
Utilisé depuis la révolution industrielle, le filetage est standardisé à l’échelle internationale. Il est omniprésent dans des secteurs comme l’aéronautique, l’automobile, la mécanique générale, le BTP, l’énergie ou encore la robonumérique. Il combine à la fois simplicité, fiabilité, et accessibilité, permettant des réparations rapides, des ajustements précis et une grande variété d’applications structurelles ou fonctionnelles.
Un peu d’histoire du filetage
Le concept de filetage — du latin filum, signifiant « fil » ou « ligne fine » — trouve ses origines bien avant l’ère industrielle. Dès l’Antiquité, des formes rudimentaires de vis et de pas hélicoïdaux étaient déjà utilisées, notamment dans le domaine de l’irrigation. Le célèbre mathématicien grec Archimède (287–212 av. J.-C.) est considéré comme l’un des premiers à conceptualiser la vis sans fin, une spirale fixée dans un cylindre servant à faire remonter l’eau : un principe toujours utilisé dans les pompes modernes.
Il faut cependant attendre la Révolution industrielle pour que le filetage se systématise dans la mécanique et l’usinage. Avant le XIXème siècle, chaque artisan créait ses propres vis et écrous, souvent non compatibles d’un système à l’autre. Cela posait un énorme problème d’interchangeabilité dans la fabrication mécanique. La situation change en 1841, lorsque Joseph Whitworth (1803–1887), ingénieur britannique et pionnier de la normalisation industrielle, propose le premier système de filetage standardisé au Royaume-Uni, avec un angle de flanc de 55°. Le British Standard Whitworth (BSW) devient rapidement la norme dans l’industrie britannique.
De l’autre côté de l’Atlantique, aux États-Unis, l’ingénieur William Sellers présente en 1864 un système alternatif basé sur un angle de flanc à 60° et des filets plats en fond et sommet. Ce système, plus simple à usiner, devient la base du Unified Thread Standard (UTS), adopté plus tard par l’armée américaine et l’industrie nord-américaine.
En France et en Europe continentale, les travaux sur le filetage conduisent à l’élaboration d’un système métrique unifié. Dès 1898, des efforts sont faits pour uniformiser les pratiques, mais c’est surtout au XXème siècle, avec la création de l’Organisation internationale de normalisation (ISO) en 1947, que la norme ISO métrique s’impose. Le système métrique adopte un profil en V à 60° et une désignation par diamètre et pas exprimés en millimètres : M4, M6, M8, M12, etc. Cette nomenclature est aujourd’hui universellement utilisée dans l’ingénierie mécanique, la construction, la plomberie, l’automobile et l’aéronautique.
De grands industriels tels que Renault, Boeing, General Electric ou Siemens ont largement contribué à la diffusion et à l’évolution des standards de filetage à travers le monde, via leurs cahiers des charges techniques et leurs coopérations internationales. Aujourd’hui, les logiciels de CAO/FAO, les machines CNC et les bancs de métrologie de haute précision intègrent nativement ces systèmes filetés dans la conception de pièces mécaniques de haute performance.
Les types de filetage métallique
Le choix d’un type de filetage dépend de nombreux facteurs : norme de fabrication, usage mécanique ou hydraulique, matériaux, conditions de pression ou de charge. Voici les principaux filetages utilisés en industrie, mécanique générale et plomberie :
| Type de filetage | Caractéristiques principales |
|---|---|
| Filetage métrique (ISO) | Système international standardisé par l’ISO. Profil en V à 60°, utilisé pour les assemblages généraux. Désigné par la lettre M suivie du diamètre nominal (ex. M6, M8, M12), parfois suivi du pas (ex. M10x1.25). Deux versions : pas standard et pas fin. Employé en Europe et dans la plupart des pays industrialisés. |
| Filetage UNC / UNF (Unified Thread Standard) | Norme américaine. UNC (Unified National Coarse) a un pas large, UNF (Unified National Fine) a un pas plus fin, favorisant la précision et la résistance à la vibration. Utilisé dans l’aéronautique, l’automobile américaine et la mécanique d’assemblage en pouces (ex. 1/4-20 UNC). |
| Filetage Whitworth (BSW, BSF) | Norme britannique historique (BSW : British Standard Whitworth). Profil à 55° avec sommet arrondi. BSF (Fine) est une version à pas plus fin. Encore utilisé dans certaines industries anglaises anciennes, restaurations mécaniques et réseaux d’eau. |
| Filetage gaz (BSP – British Standard Pipe) | Utilisé dans la plomberie, l’air comprimé et les circuits hydrauliques. Deux variantes : BSPP (G) à filetage cylindrique pour joints avec rondelles, et BSPT (R) conique pour étanchéité métal-métal. Exemples : G1/2″, G3/4″, R1/8. |
| Filetage conique NPT (National Pipe Taper) | Norme américaine pour tuyauteries sous pression. Conique à 1°47’, permet une étanchéité par déformation du filetage. Utilisé dans les systèmes hydrauliques, pneumatiques, circuits de gaz ou de vapeur. Exemple : 1/8″-27 NPT. |
| Filetage trapézoïdal (Tr) | Profil en trapèze (angle 30°) pour les vis de transmission (machines CNC, vérins, tables de translation). Très robuste, conçu pour supporter des efforts axiaux importants. Ex : Tr16x4 (diamètre 16 mm, pas 4 mm). |
| Filetage ACME | Norme américaine équivalente au trapézoïdal, angle de flanc de 29°. Très utilisé dans les systèmes de levage, les étaux, les vérins et les équipements industriels soumis à forte contrainte mécanique. |
| Filetage ronds (Rd) | Profil semi-circulaire utilisé dans les milieux sensibles à la corrosion ou aux dépôts (ex : systèmes alimentaires, bouteilles de gaz, fermetures industrielles). Résistant au cisaillement. |
| Filetage spécial (UNJ, MJ, etc.) | Filetages renforcés pour applications aéronautiques ou militaires. Exemple : UNJ (profil arrondi au fond pour limiter la concentration de contraintes), MJ (norme ISO aéronautique). |
Certains filetages sont également spécifiques à des secteurs industriels (nucléaire, aéronautique, offshore), ou développés par des fabricants selon leurs propres standards internes. Il est essentiel de toujours consulter les spécifications techniques (ISO, ASME, DIN, NF, ANSI) pour garantir la compatibilité mécanique et la sécurité d’assemblage.
Les techniques de réalisation du filetage
Le filetage d’une pièce métallique peut être obtenu par enlèvement de matière, par déformation ou par abrasion, selon la précision requise, le type de production (unitaire, petite ou grande série), et le matériau à usiner. Voici les principales méthodes industrielles :
| Technique | Description et usages |
|---|---|
| Taraudage | Procédé permettant de réaliser un filetage intérieur (femelle) à l’aide d’un taraud. Disponible en version manuelle (jeu de 3 tarauds : ébaucheur, intermédiaire, finisseur) ou machine (taraud-mètre ou taraud sur perceuse/fraiseuse). Couramment utilisé pour les alésages filetés dans l’usinage de pièces unitaires ou petites séries. |
| Filière | Utilisée pour les filetages externes (mâles), la filière est un outil circulaire (ronde, hexagonale ou porte-filière à cliquet) qui découpe le filet autour d’une tige. Elle est adaptée à la mécanique générale, la plomberie ou la réparation de filetages. Moins précise que l’usinage ou le roulage. |
| Filetage au tour ou à la CNC | Méthode d’usinage par enlèvement de copeaux sur un tour conventionnel ou une machine CNC. Utilise un outil de forme (plaquette carbure, outil HSS) selon un angle et un pas programmés. Permet des filetages internes et externes de haute précision, avec géométries complexes, y compris coniques ou multistart. |
| Roulage de filets | Procédé de déformation plastique à froid, sans enlèvement de matière. Utilise des galets ou peignes de roulage sur machine spécifique ou centre CNC. Produit des filets très résistants mécaniquement (fibre continue) et en grande série. Méthode privilégiée pour les vis et axes filetés en production automobile, aéronautique ou médicale. |
| Filetage par meulage | Réalisé avec une meule profilée (sur rectifieuse cylindrique), ce procédé permet une très haute précision dimensionnelle et une finition impeccable. Recommandé pour les pièces en acier trempé, vis à billes, vis de précision ou composants critiques (nucléaire, spatial, optique de précision). |
| Filetage par fraisage interpolé | Méthode moderne utilisée sur centre d’usinage à commande numérique. L’outil suit une trajectoire hélicoïdale synchronisée (interpolation hélicoïdale) pour créer le filetage. Très flexible pour les pièces de grande dimension ou les filets à profil spécial. Réduction des contraintes mécaniques, excellente répétabilité. |
| Filetage par tourbillonnage | Procédé de niche pour la fabrication de vis orthopédiques ou implants. Un outil rotatif à grande vitesse réalise le filetage sans contact direct entre outil et pièce (usinage par microcoupes successives). Très haute qualité de surface et précision. |
Chaque technique a ses avantages et limites. Le choix dépendra de la résistance mécanique souhaitée, de la cadence de production, du matériau utilisé, et du type de pièce à réaliser. Le respect des normes ISO, DIN ou ANSI reste essentiel pour assurer l’interchangeabilité et la conformité des pièces filetées.
Les applications industrielles du filetage métallique
Le filetage métallique est une technologie clé dans l’assemblage mécanique et la transmission de mouvement. Il est utilisé dans tous les secteurs industriels, de la visserie courante à la mécanique de précision. Voici un aperçu détaillé de ses applications :
| Domaine | Applications spécifiques |
|---|---|
| Mécanique générale | Assemblages démontables avec vis, écrous, boulons ; fixation d’organes mécaniques ; structures modulaires ; châssis et carters usinés. |
| Plomberie & hydraulique | Raccords filetés pour tuyauteries, robinets, clapets ; filetage conique pour l’étanchéité sous pression ; raccords BSP, NPT ou ISO 7/1 pour fluides et gaz. |
| Construction aéronautique | Vis anti-vibratoires, inserts filetés en Inconel ou titane ; fixations à tolérances serrées ; composants en alliages spéciaux usinés avec filetage meulé ou roulé. |
| Spatial et optomécanique | Vis à pas fin pour mécanismes de précision ; entraînements de volets orientables ; filets rectifiés pour vis-mère sans jeu (moteurs linéaires, antennes, instruments optiques). |
| Machines-outils et automatisme | Vis trapézoïdales ou filetées pour déplacement d’axes (X-Y-Z) ; vis sans fin pour engrenages ; composants de serrage et de calage. |
| Moules et outillage industriel | Filetage de démontage sur les noyaux de moules d’injection ; douilles filetées pour éjecteurs ; vis de réglage d’outillage. |
| Automobile | Assemblages moteur, culasses, roues, trains roulants ; goujons filetés roulés ; vis à empreinte ; systèmes de fixation rapide (type Torx, spline). |
| Médical et prothétique | Implants filetés (vis de hanche, vis osseuses) ; composants en titane ou acier chirurgical ; filets obtenus par usinage ou tourbillonnage. |
| Énergie et pétrochimie | Raccords filetés haute pression ; tiges filetées pour turbines ou cuves sous pression ; fixations spéciales résistantes à la corrosion et à la chaleur (filets coniques, UNJ, etc.). |
Qu’il s’agisse d’assemblages simples ou de composants critiques, le filetage reste une méthode fiable, normalisée et évolutive, compatible avec l’usinage CNC, les procédés de déformation à froid et les exigences modernes de traçabilité industrielle.
Pour conclure : Les normes et contrôles du filetage industriel
Dans le monde industriel, la qualité d’un filetage ne repose pas uniquement sur sa réalisation mécanique, mais aussi sur sa conformité à des normes internationales strictes. En effet, un filetage mal calibré peut entraîner des jeux excessifs, un mauvais alignement, des ruptures en service ou des problèmes d’étanchéité. C’est pourquoi la métrologie du filetage fait l’objet d’un soin particulier dans toutes les chaînes de production.
Pour garantir l’uniformité et l’interchangeabilité des pièces filetées, les filetages doivent répondre à des tolérances géométriques précises définies par les organismes de normalisation. Celles-ci portent sur le diamètre nominal, le pas, l’angle de flanc, le profil du filet, ainsi que les longueurs filetées utiles ou non filetées. Les contrôles peuvent être réalisés :
- à l’aide de jauges filetées (tampons pour les filetages internes, bagues pour les filetages externes) selon le principe « GO / NO GO »,
- par comparateurs optiques, en projetant le profil du filet sur écran pour mesurer ses dimensions et ses angles,
- via des palpeurs numériques ou machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) en milieu de production ou en laboratoire,
- ou encore par vision industrielle dans les chaînes automatisées de contrôle en série.
Les principales normes qui encadrent le filetage sont :
- ISO 68, ISO 965 : normes internationales définissant le profil général et les tolérances des filetages métriques ISO (M5, M8, etc.) ;
- ANSI/ASME B1.1 : utilisée aux États-Unis, elle définit les filetages unifiés UNC (Unified Coarse) et UNF (Unified Fine), très présents dans l’industrie mécanique et automobile ;
- DIN 13, DIN 76 : normes allemandes largement diffusées dans l’industrie européenne, notamment pour les profils de filet ISO et les ajustements filetés ;
- NF E 03-001 : norme française encore utilisée dans certains secteurs traditionnels ou sur des outillages anciens.
Ainsi, et pour clore ce sujet, la précision d’un filetage ne s’improvise pas. Elle découle d’un savoir-faire technique encadré par des standards internationaux. Respecter ces normes garantit non seulement l’assemblage mécanique fiable des composants, mais aussi leur sécurité, leur interchangeabilité et leur durabilité dans les environnements industriels les plus exigeants.