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Electromagnétisme : procédés prometteurs et matériaux du futur

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Lyon, 14-17 octobre. L’acier était en naturellement en vedette à la 4ème conférence internationale sur l’élaboration électromagnétique des matériaux. Mais pas seulement. Les nanomatériaux sont conce

La 4ème conférence internationale sur l’élaboration électromagnétique des matériaux (EPM Electromagnetic Processing of Materials) tenue à Lyon du 14 au 17 octobre aura été l’occasion de rendre un vibrant hommage à Marcel Garnier, créateur du laboratoire EPM Madylam (CNRS et INP Grenoble), décédé soudainement il y a un an.

Peu, voire aucun ingénieur français, n’a reçu de tels témoignages de reconnaissance de la part de l’industrie sidérurgique nippone par l’intermédiaire de ses représentants comme Eiichi Takeuchi de Nippon Steel, Shuji Takeuchi de JFE Steel Corporation (fusion de NKK et Kawasaki Steel), de Shigeo Asai de l’université de Nagoya et de bien d’autres.

Aujourd’hui ce sont des centaines de milliers de tonnes par an d’acier qui passent au travers de dispositifs électromagnétiques imaginés ou perfectionnés par Marcel Garnier et son laboratoire. But de ces dispositifs : améliorer la qualité de certains aciers et la productivité des installations.

La conférence a eu pour sujet majeur la maîtrise de la coulée de l’acier. Grâce aux champs électromagnétiques, il est possible de moduler la vitesse de l’acier liquide, à distance, pour contrôler la surface libre et les zones de contact du métal fondu avec la lingotière. Grâce à ce contrôle, la teneur en inclusions, en bulles de gaz, l’aspect de surface sont améliorés.

Si le brassage électromagnétique de l’acier liquide lors de la coulée continue apporte des plus, il se heurte aussi à des considérations très basiques sur la rentabilité des investissements et de ce côté là, les grands sidérurgistes sont pour l’instant timorés .

Pourtant, Sibo Kunstreich, directeur de Danieli Rotelec est formel, ces dispositifs apportent la productivité et aussi la flexibilité de production (changement de qualité, de dimensions). Et l’on peut se poser des questions sur la logique financière qui veut des retours d’investissements de moins de deux ans voire un an dans une industrie qui raisonne au minimum à cinq ans pour ses moyens de production.

Toujours sur l’acier, la modélisation en trois dimensions des phénomènes de chauffage électromagnétique pour le durcissement superficiel montre son efficacité comme l’ont expliqué Sergio Lupi de l’université de Padoue et Bernard Nacke de l’université de Hanovre: même sur des formes complexes comme un engrenage ou une vis sans fin on peut réaliser un profil de dureté qui suit au mieux la forme géométrique, ceci en utilisant simultanément deux fréquences de courant.

Sans modélisation une telle régularité, et le raccourcissement des temps de traitement (moins d’une seconde), serait très coûteuse voire impossible à établir par des essais réels. L’aluminium est aussi concerné d’une part lors de son élaboration (monter encore plus haut les intensités d’électrolyse nécessite des modélisations fine des champs) et lors de sa mise en forme (déformation de tôles à grande vitesse sans casser le métal).

Le champ d’action des méthodes EPM ne se limite pas à l’acier et aux procédés de masse. Les nanomatériaux sont concernées aussi. L’avantage des méthodes EPM est l’action directe au niveau moléculaire et atomique : il est donc possible d’orienter une cristallisation, de favoriser une phase etc. S. Asaï a cité ses travaux sur l’orientation des cristaux d’hydroxyapatite (prothèses osseuses) sur la modification de nanotubes de carbone ou l’accroissement de la ténacité des fibres de carbone. De nombreuses possiblités de micro ou nanostructuration sont ouvertes pour créer des matériaux nouveaux.

Le verre classique minéral et les verres métalliques sont aussi très demandeurs de nouveaux procédés qui facilitent leur élaboration et les méthodes EPM apportent des réponses.

Une possibilité nouvelle très prisée des chercheurs actuellement est l’action de forts champs magnétiques, 10 à 12 Tesla maintenant réalisables de façon courante grâce aux aimants supraconducteurs.

Sous l’action de tels champs, même les matériaux dits non-magnétiques présentent des réactions intéressantes. Mais on est encore loin d’applications industrielles dans ce domaine, notamment du fait des volumes encore réduits (environ 10 cm de diamètre) où l’on sait produire de tels champs.

Domaine très concerné par l’EPM, les plasmas notamment pour la modification des surfaces et les dépôts en couche mince, mais aussi l’élaboration de poudres nanométriques. En microélectronique plus de la moitié des étapes d’élaboration des composants sur silicium font appel aux plasmas. Mais bien d’autres surfaces sont modifiables pour augmenter ou diminuer des propriétés spécifiques comme la mouillabilité qui a une influence directe sur la sensibilité aux salissures par exemple.

Le laboratoire EPM vient d’ailleurs d’intégrer une équipe CNRS travaillant sur les plasmas.

Christian Guyard
(envoyé spécial à Lyon)


 

 

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