Metravib - Acoustic1

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Metravib - Acoustic1
Fort d’une présence industrielle dans plus de 40 pays, AREVA est un expert mondial dans les
métiers de l’énergie.
Le groupe propose à ses clients des solutions technologiques pour produire l’énergie nucléaire
et acheminer l’électricité. Il développe également des systèmes d’interconnexion, principalement
pour les secteurs des télécommunications, de l’informatique et de l’automobile.
Les 75 000 collaborateurs d’AREVA s’engagent ainsi au cœur des grands enjeux du XXIe siècle :
accès à l’énergie pour le plus grand nombre, préservation de la planète, responsabilité vis-à-vis
des générations futures.
www.areva.com
O1dB-Metravib
Siège Social
FRANCE
200, Chemin des Ormeaux
F-69578 Limonest Cedex
Tél. : +33 (0)4 72 52 48 00
Fax. : +33 (0)4 72 52 47 47
Asia Pacific
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Metravib
La meilleure façon de caractériser vos matériaux
Italy
Tel. : +39 049 92 00 966
Fax : +39 049 92 01 239
USA
Tel. : +1 248 592 2990
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Version Mai 2006
Germany
Tel. : +49 3423 758 657
Fax : +49 3423 758 658
01dB-Metravib
Une gamme d’analyseurs mécaniques
pour répondre à l’ensemble de vos besoins
Vos matériaux
MetraviB
35 ans d'expérience et d’innovations
Spécialisé depuis 1968 dans l’ingénierie vibratoire et
le traitement de nuisances vibratoires et acoustiques
par l’utilisation de matériaux viscoélastiques,
01db-Metravib a su combiner son expertise en mécanique vibratoire et son besoin de caractériser les
propriétés physiques des matériaux, pour développer
des instruments de caractérisation mécanique
innovants.
Depuis la vente des premiers Viscoélasticimètres
en 1972, jusqu’aux systèmes robotisés (ROB100) pour
la caractérisation d’éprouvettes en grande série,
01db-Metravib ne cesse de développer de nouveaux
moyens d’analyse en adéquation avec les attentes des
scientifiques et des industriels.
L’Analyse Mécanique Dynamique
La clé de la maîtrise des performances
thermo-mécaniques des matériaux
L’Analyse Mécanique Dynamique consiste à appliquer une vibration d’amplitude et de fréquence imposée, hors résonance, à un échantillon de matériau. Les
mesures respectives du déplacement appliqué et de la
force transmise par le matériau conduisent à la détermination précise de ses propriétés viscoélastiques, son
module d’Young (E*), ou son module de cisaillement
(G*) selon le mode de déformation adopté.
L’Analyse Mécanique Dynamique (DMA) est une
technique majeure de caractérisation au service de la
maîtrise des performances mécaniques des matériaux
et de leur comportement en température, dont les
possibilités d’applications se développent continuellement.
G'
tanδ
E*
ROB 100
DMA+100/150/450
Essais robotisés de DMA, de TMA et de
fatigue sur une grande quantité
d’échantillons
Essais de DMA, essais de TMA et essais de
fatigue à déformation ou contrainte imposée
avec des forces de 100 N, 150 N ou 450 N
VHF 104
Mesure des propriétés viscoélastiques
à très hautes fréquences
DMA
50
Essais de DMA, essais de TMA à déformation ou
contrainte imposée avec des forces de 50 N
Mesure de température de transition vitreuse, suivi de processus de transformation, caractérisation robotisée
de propriétés viscoélastiques d’éprouvettes en grande série... les besoins de recherche ou d’essais industriels se sont considérablement élargis.
Grâce à une forte capacité d’innovation, et des compétences reconnues en calcul de structure, mesure vibratoire et physique des matériaux, 01dB-Metravib a développé une gamme d’instruments unique pour répondre à des besoins multiples dans deux axes majeurs :
❚ la recherche scientifique
comprendre les relations entre la structure moléculaire du matériau et ses propriétés mécaniques,
❚ l'industrie
maîtriser les performances clés des produits dans leurs conditions d’utilisation, assurer leur qualité
de fabrication et leur durée de vie.
❚ Produits cosmétiques
❚ Produits
pharmaceutiques
❚ Huiles
❚ Biomatériaux
❚ Verres et céramiques
❚ Métaux et alliages
❚ ...
Vos besoins d’analyses
Analyse des propriétés intrinsèques des matériaux
❚ Module d’Young (E*),
Module de cisaillement (G*), Tan δ
❚ Comportement en fréquence
❚ Comportement en température
◗ Domaine de température d’utilisation
◗ Transition vitreuse (Tg)
◗ Fusion
◗ Phénomènes de post cuisson
❚ Comportement non linéaire des élastomères
(effet Payne, effet Mullins)
❚ Comportement en fluage/relaxation
Analyse comparative de propriétés mécaniques
de pièces industrielles
❚ Raideur K, K’,K’’
❚ Angle de perte
❚ Relation contrainte/déformation
Analyse du comportement thermomécanique (statique)
❚ Dilatation thermique ❚ Pénétration
❚ Indentation
Analyse simultanée de l’évolution de propriétés
rhéologiques du matériau pendant les cycles de cuisson
❚ Viscosité initiale
❚ Temps de gel
❚ Viscosité minimale
❚ Temps de cuisson
Analyse de l’évolution des propriétés mécaniques en
fonction des conditions environnementales
MetraviB
Un choix unique d’analyseurs mécaniques innovants, performants et évolutifs
❚ Polymères
thermoplastiques
❚ Polymères
thermodurcissables
❚ Elastomères
❚ Composites
❚ Adhésifs
❚ Peintures et vernis
❚ Aliments
VHR 105
Essais de DMA en torsion
❚ Humidité
❚ Oxygène
❚ Résistance aux
❚ Rayonnements UV
solvants, carburants
DMA 50 : précis, polyvalent et économique
onomique
Polyvalent et flexible
DMA 50 est un Analyseur Mécanique Dynamique
desktop qui offre une gamme de force élevée et une
extraordinaire flexibilité ; il constitue une plateforme
d’essais thermomécaniques à un prix très compétitif.
Principaux atouts
❚ Force élevée de 50 Newtons
❚ Large domaine de fréquence : 1E-5Hz à 200 Hz
❚ Large domaine de température : -150°C à 600°C
❚ Analyse d’échantillons de taille représentative
du matériau
❚ Performance du mode autotension (régulation
couplée des consignes statique /dynamique) pour
les essais de films et flexion 3 points
❚ Enceinte thermique multifonctions
❚ Bâti réversible
❚ Tests immergés possibles pour tous les porteéchantillons et modes de sollicitation
❚ Simplicité d’utilisation
❚ Utilisable sur simple alimentation électrique
❚ Prix réduit
Principales utilisations
❚ Essais de DMA, TMA, DMA/TMA simultanés,
grâce au logiciel DYNATEST
❚ Détermination des transitions vitreuses et
sous vitreuses
❚ Particulièrement bien adapté pour les matériaux
polymères et composites
❚ Analyse de films et échantillons de faible raideur
❚ Tests de matériaux immergés dans un liquide
❚ R&D / Contrôle qualité
❚ Enseignement / Travaux pratiques
Précis
La flexibilité des modes opérationnels autorise aussi
bien la reconduite instantanée d’essais de routine, que
la définition d’essais spécifiques combinant de multiples
paramétrages.
Pour le besoin d’essais nécessitant l’immersion de
l’éprouvette dans un liquide, la position du bâti mécanique peut facilement être inversée ; cela autorise
l’utilisation de tous les porte-échantillons disponibles
sans restriction du mode de sollicitation, et sans nécessiter l’achat d’accessoires onéreux.
Pinces de traction pour films
Pinces de traction pour fibres
Cisaillement plan
Pinces de cisaillement pour films
Flexion 3 points extensible
Flexion simple/double cantilever
Adaptable pour chaque matériau
Une gamme de porte-échantillons permet d’appliquer
les différents types de sollicitation (traction, compression, flexion et cisaillement) à une grande diversité de
matériaux, se présentant sous des formes très diverses:
fibres, films, plaques, cylindres, matériaux pâteux…
Evolutif
Grâce aux choix métrologiques, aux algorithmes de régulation dynamique et statique
innovants, et au dimensionnement du bâti mécanique, DMA 50 assure une maîtrise
optimale de tous les paramètres influents sur la qualité de mesure.
Force élevée
Economique
DMA 50N intègre un excitateur électrodynamique dédié (brevet 01dB-Metravib), conçu
pour les besoins très spécifiques de la DMA.
Cet atout donne au DMA 50 une grande facilité d’adaptation à l’évolution du comportement
mécanique du matériau en fonction de la température, et la capacité d’analyse d'échantillons de taille représentative de la structure du matériau ; que ce soit pour des essais
dynamiques ou pour des essais statiques (fluage, TMA).
Le DMA 50 offre une plateforme opérationnelle de
solutions de caractérisation thermomécanique à un prix
attractif. Pour travailler à température subambiante, il
peut être couplé indifféremment à un bain thermostaté,
à une source cryogénique ou à un générateur d'air froid.
La productivité du DMA 50 est accrue par la possibilité
d’enchaîner automatiquement les différents types
d’essais.
L’enceinte thermique à ouverture/fermeture motorisée permet un dégagement important.
Cela autorise un libre accès à l’échantillon et une hauteur de manipulation très confortable
pour l’opérateur.
Pinces de traction pour barreaux
Test d'un matériau composite en flexion
immergé dans un bain de solvant
DMA 50 facilite la réalisation d’analyses couplées à
l’essai mécanique. L’acquisition de voies de mesures
complémentaires est possible : température, hygrométrie, oxygène, environnement gazeux...
Ergonomie étudiée
Plateaux de Compression
DMA+100 / DMA+150 / DMA+450 : La référence en essais électrodynamiques
Les DMA+100, DMA+150, DMA+450 sont des Analyseurs Mécaniques Dynamiques "stand-alone" qui bénéficient de bâtis de très grande rigidité offrant
des domaines de raideur mesurable et d’analyse en fréquences uniques sur le
marché.
Le catalogue de porte-échantillons disponibles, et les logiciels d’analyse
DYNATEST et MULTIDYN en font un nouveau type de machine d’essais électrodynamique universelle qui va au-delà des instruments de DMA classiques.
Principaux atouts
❚ Bâti mécanique de très grande
rigidité (supérieure à des machines servohydrauliques)
❚ Force élevée :
100, 150 ou 450 Newtons
❚ Domaine de mesure unique :
7 décades de variation de
module en un même essai
❚ Domaine de fréquence unique :
de 1E-5Hz à 1000 Hz
❚ Haute précision de mesure
❚ Analyse d'échantillons de taille
représentative du matériau
Principales utilisations
❚ Essais de DMA, TMA, DMA/TMA
simultanés grâce au logiciel
DYNATEST
❚ Essais de fatigue, essais à forme
d’onde asservie grâce au logiciel
MULTIDYN
❚ Mesure précise des propriétés
viscoélastiques
❚ Détermination des transitions
vitreuses et sous vitreuses
❚ Enceinte thermique à vitesse de
chauffe élevée
❚ Course de déplacement utile
jusqu’à 12 mm pour les essais de
fluage et relaxation de contrainte
❚ Vaste choix de porte-échantillons
pour tous types de matériaux
solides, pâteux et liquides
❚ Grande évolutivité pour répondre
à des besoins d’analyse spécifiques
❚ Maintenance réduite
❚ DMA+100N, et DMA+150 :
particulièrement bien adaptés
pour polymères et composites
(matériaux polymérisés, suivi de
polymérisation, fatigue)
❚ DMA+450N : particulièrement
bien adapté pour les essais et
la caractérisation d'élastomères
(Effet Mullins, effet Payne,
balayage en fréquence...)
Analyse des matériaux solides,
pâteux et liquides
Grâce à une gamme importante de porte-échantillons, les
DMA+100, DMA+150, DMA+450 peuvent analyser une
grande diversité de matériaux et de dimensions d’échantillons.
Le choix du porte-échantillon permet d’adapter l’instrument:
❚ aux différents modes d’excitation
(traction, compression, flexion, cisaillement)
❚ à la nature du matériau (solide, pâte, liquide)
❚ aux dimensions variées des échantillons
(plaques, cylindres, films, fibres, gels, mousses…)
❚ à l’état du matériau attendu lors de l’analyse
(état vitreux, transition vitreuse, état caoutchoutique,
durcissement, fluidification, fusion...)
Plateaux de Compression
Pinces de traction pour barreaux
Pinces de traction pour films
Pinces de traction pour fibres
Cisaillement plan
Pinces de cisaillement pour films
Cisaillement pour matériaux pâteux
Cisaillement pour liquides
Grande polyvalence et flexibilité
Les DMA+ sont équipés du logiciel DYNATEST spécialement développé pour assurer le pilotage, l’acquisition et
l’exploitation des données.
De nombreux modes d’essais permettent d’analyser la
dépendance des propriétés mécaniques du matériau à de
multiples paramètres (température, fréquence d’excitation,
déformation, force, temps, histoire mécanique ou thermique...)
De plus le calcul instantané de courbes maîtresses, les
essais de fluage /relaxation de contrainte et de TMA, offrent
aux DMA+ une grande flexibilité.
Un DMA et une machine de fatigue
en un seul instrument
Le logiciel MULTIDYN permet d’assurer l’asservissement de
la forme d’onde appliquée à l’échantillon et d’apporter au
DMA+ les fonctionnalités d’une machine de fatigue, et une
polyvalence unique. Des élastomères aux matériaux polymères renforcés, les essais de fatigue peuvent être réalisés
sans réelle limite du nombre de cycles, ni de la durée d’essai.
Caractéristiques mécaniques uniques et maîtrise technologique
La très grande rigidité des bâtis mécaniques représente une composante essentielle des
performances des DMA+.
Les technologies utilisées pour la génération du signal d’excitation, la mesure du déplacement et de la force transmise à l’échantillon, l'asservissement des conditions d'essais, ont
été spécialement étudiées par les ingénieurs de 01dB-Metravib , spécialistes en mécanique vibratoire, pour donner à la gamme DMA+des performances inégalées.
Ceci permet aux DMA+ d’assurer une mesure de très grande précision des modules
complexes et de Tan δ.
Flexion 3 points
Flexion simple / double cantilever
Caractérisation des propriétés non linéaires
des élastomères
Applications des analyseurs
Mesure de la transition vitreuse et de la fusion
La DMA est reconnue comme la technique la plus précise permettant la détermination de la
température de transition vitreuse (Tg).
La précision de mesure de Tg des DMA MetraviB est obtenue grâce à de nombreuses
innovations et particularités techniques : auto-calibration de la mesure de l’angle de perte,
qualité de régulation thermique, asservissement des conditions dynamiques de l’essai...
Par convention l’analyse est couramment réalisée à 1Hz ; dans l’exemple ci-contre un
échantillon de PET a été analysé entre des pinces de traction compression ; l’essai poursuivi
à haute température permet également de déterminer la température de fusion ; il révèle la
capacité singulière des DMA+ à caractériser des variations de propriétés mécaniques
gigantesques : pendant l’essai le module varie d’un facteur 50000 !
Fusion : 128°C
Tg : 82°C
Essai de fatigue
Grâce au logiciel Multidyn, les essais de fatigue sont possibles avec la gamme DMA+ et
ce, sur une large gamme de températures ; l'excitation à haute fréquence permet de
raccourcir considérablement la durée des essais.
On voit dans l’essai ci contre d’un échantillon de Viton sollicité à 30Hz en cisaillement, la
chute importante du module au bout de 100000 cycles, due à un endommagement de
l’échantillon (fissuration).
L’essai est réalisé avec asservissement de la forme d’onde (ici sinusoïdale) ; cette fonctionnalité permet de reproduire des conditions d’essai spécifiques, représentatives d’une
utilisation finale du matériau.
Mesure de transitions sous-vitreuses
La détermination de ces phénomènes de très petites amplitudes (transitions β et γ) sur la
courbe de Tan δ est particulièrement informative puisque qu’elle conduit aux performances
de résistance à l’impact des polymères.
Le large domaine d’analyse de raideur et la précision de mesure des Analyseurs Mécaniques Dynamiques MetraviB permettent de faire ce type d’analyse dans des modes de
sollicitation et sur des géométries très variées selon les échantillons de matériaux
disponibles.
Quelle que soit leur formulation, les élastomères présentent des lois de comportement
complexes sous sollicitation statique et dynamique.
Grâce à un contrôle précis du taux de déformation appliqué à l’échantillon et à une force
d’excitation importante, DMA+450 permet l’analyse sur une plage de taux de déformation
particulièrement large : de 0,1% à 300%.
Les multiples paramétrages de Dynatest permettent de simuler de façon précise des
conditions de sollicitation complexes et font des DMA+ des outils indispensables pour le
dimensionnement et l’optimisation du comportement mécanique des pièces en élastomère.
Tg : 48°C
β : -18°C
Caractérisation du vieillissement des matériaux
L’analyse comparative d’un matériau composite neuf et du même matériau ayant subi un
vieillissement thermomécanique permet de mettre en évidence des propriétés mécaniques
sensiblement différentes.
Dans le cas ci-contre, le vieillissement du matériau a entraîné une chute du module
élastique d’un facteur 4, et une augmentation de la température de transition vitreuse de
40°C, avec une perte drastique de la valeur d'amortissement (0,32 à 0,17).
Matériau neuf
Matériau veilli
Effet de la fréquence
La fréquence d’excitation peut avoir une influence sensible sur le module et le facteur de
perte d’un matériau polymère ; de même sa transition vitreuse peut évoluer de manière
significative en fonction de la fréquence d’excitation.
La caractérisation de la dépendance à la fréquence du comportement du matériau sera
d’autant plus importante, que celui sera sollicité dynamiquement dans son utilisation finale,
en particulier si celui-ci est utilisé pour une fonction amortissante dans un environnement
vibratoire.
Dans l’exemple ci-contre une résine époxy, analysée avec un DMA+100, présente une
augmentation de Tg de 11°C pour une variation d’excitation de 0,1Hz à 10Hz.
Essai immergé
L’impact de l’absorption d’eau sur les propriétés mécaniques d’un polymère peut être
caractérisé en réalisant l’essai sur un échantillon de polymère immergé dans de l’eau.
Cet essai est très simple à réaliser ave un DMA 50 ; il suffit d'inverser la position du bâti
mécanique et une fois l’échantillon en place, de le plonger dans un récipient ; tous les
porte-échantillons du DMA 50N peuvent être utilisés pour ce type d’essai.
Dans l’exemple de caractérisation d'un film polymère ci-contre, on note la chute rapide du
module à l’immersion, qui se poursuit jusqu’à la rupture de l’échantillon.
Optimisation d’un procédé de transformation
La réaction de réticulation d’un polymère se caractérise par le passage d’un état pâteux à
un état solide, en passant par une phase de fluidification, sous les effets concurrentiels de
la température et de la réaction chimique.
La grande rigidité du bâti d’un DMA+150, et le mode auto-contrôle de Dynatest
permettent de suivre en continu l’évolution du module de cisaillement au cours d’un essai
et de déterminer les temps caractéristiques du process : viscosité minimale, temps de gel...
Différents porte-échantillons permettent de réaliser ce type d’essai selon la nature du
matériau (préimprégné, résine …)
Dans l’exemple ci-contre, une résine thermodurcissable a été analysée en cisaillement ; on
notera les points caractéristiques et les variations importantes du module au cours de cet
essai ( facteur 10 millions !)
Immersion Test
Tg (10Hz) : 155,8°C
Tg (0,1Hz) : 144,6°C
Prédiction du fluage à long terme
Gélification
Fluidification
La réalisation d’un essai de fluage de quelques minutes sur différents paliers de température consécutifs permet, via le calcul TTS (Time Temperature Superposition) de Dynatest,
de prédire le fluage du matériau sur plusieurs mois ou années.
L’essai de fluage peut être réalisé dans divers modes de sollicitation, classiquement en
flexion 3 points sur des matériaux de module élevés , mais également grâce aux performances des DMA+ (grande rigidité du bâti et force d’excitation élevée) avec des mors de
traction sur des éprouvettes de géométrie significative, vis-à-vis de la structure du
matériau.
1 an
10 ans
Principales caractéristiques
DMA 50
Caractéristiques THERMIQUES
Caractéristiques MÉCANIQUES
Force (N)
Déplacement (µm)
Fréquence (Hz)
Température (°C)
MATÉRIAUX
Module (Pa)
50
100
150
450
0,002
0,002
0,002
Résolution (N)
0,000012
0,000024
0,000024
0,000024
Maximum (+/-)
3000
6000
6000
3000
Minimum (+/-)
1
1
1
1
Résolution (nm)
1,5
3
3
3
Minimum (Hz)
1E-5
1E-5
1E-5
1E-5
Maximum (Hz)
200
200
200
200
-
1000
1000
1000
Résolution (%)
0,01
0,01
0,01
0,01
Flexion 3 points
oui
oui
Simple/double cantilever
oui
oui
Traction
oui
oui
Compression
oui
oui
Cisaillement
oui
oui
Minimum (°C)
ambiante
ambiante
Minimum (°C) option
-150
-150
Maximum (°C)
500
450
Maximum (°C) option
600
sur demande
Chauffe minimum
0,1
0,1
10
10
Refroidissement
minimum (°C/min)
0,1
0,1
Refroidissement
maximum (°C/min)
10
10
Stabilité régulation
thermique (+/-)
0,1
0,1
(°C/min)
Minimum (Pa)
1000
250
Maximum (Pa)
3E+12
3E+12
4,5
7
Domaine de mesure
(décades)
Tan delta
DMA+450
0,001
Chauffe maximum
Stabilité (°C)
DMA+150
Minimum (+/-)
(°C/min)
Vitesse (°C/min)
DMA+100
Maximum (+/-)
Maximum (Hz) (option)
Modes de
déformation
La référence en analyse mécanique dynamique
Sensibilité
0,0001
0,0001
Résolution
0,00001
0,00001
L’OREAL - TOTALFINAELF - EUROCOPTER
UROCOPTER - EADS - FLEXSYS - ON
ONERA - C.R.R. - FIAT
FIIAT - CITROEN
Automobiles - HISPA
HISPANO SUIZA - GOODYEAR Technical Center Luxembourg
embourg - GOODYEAR
ch Ce
BRIDGESTONE
RIDG
Research
Center Akron - CNES - GEC ALSTHOM - SUMITOMO - RHODIA Silica - B
- PEUGEOT
PEU
Automobiles - DUPONT DE NEMOURS - E.D.F. - SAINT GOBAIN - L.R.C.C
L.R.C.C.P.
C.C.P. RE
RENAULT
- MAXXIS Tires - COLAS - GERLAND ROUTE - DGA - E.N.S.B.A.N.A. - E.N.S.M.P.
P. E.N.S.C.L. - MAPA - MARK IV Automotive - G.D.F. - MICHELIN Centre de Technologie
Technologgie de Ladoux
ux
- MICHELIN American Research Center - RIETER - MICHELIN Rubber Asia - HUTCHINSON
HUTCH
HINSON - INSA
SA
Ly - POLYFIBRON - HENKEL - ITT Automotive - REPSOL - Mac MASTER University
Lyon
Unive
versity - WOOWOO
OOSUNG
AssoUNG Tire - University of Delft - APOLLO Tires - JK Tires - Indian Rubber Manufacturers
Manufaacturers
rs As
Association - B.A.R.C.
- TRELLEBORG - Beijing Research Institute of Materials and Technology
B.A
Tech
Institute of Materials
terials of Moscow - University of Michigan - University of Cambridg
Cambri
Cambridge
ge - University
of Sheffield - Université dee Compiègne - Université d’Orléans - U
Université de Sa
Savoie
avoie - Univerr
01dB-Metravib se réserve le droit de modifier les caractéristiques de ses instruments sans préavis
Informations complémentaires disponibles sous forme de fiches techniques :
❚ DYNATEST
❚ MULTIDYN
❚ VHF 104
❚ VHR 105
❚ ROB 100
❚ Rappels théoriques DMA
❚ Porte-échnatillons DMA 50
❚ Porte-échantillons DMA+100/150/450
❚ Notes d’applications
Plus que des instruments : DES SERVICES
Avec 01dB-Metravib, vous bénéficiez :
❚ D’une expertise de spécialistes pour vous aider dans votre projet d’achat d’analyseur
❚ D’une expertise de spécialistes pour vous aider dans votre approche de la DMA
❚ Des formations inter-entreprises
❚ Des formations dédiées par une équipe de spécialistes
❚ D’une garantie de maîtriser la qualité de vos essais
❚ D’une garantie de faire face à l’évolution de vos besoins d’analyse
❚ D’un service après-vente compétent et réactif
❚ D’une assistance technique à l’utilisation (hot-line)
❚ De l’accès à un service d’essais à façon