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Innovation produits : L'allègement et sécurité avant tout

ACIER, ALUMINIUM, TITANE, CUIVRE : LES PRODUCTEURS DE MATERIAUX N'ONT DE CESSE D'INNOVER POUR S'IMPOSER ET FAIRE FACE AUX MATERIAUX ORGANIQUES.
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Saine ou plutôt contrariante, la compétition entre les métaux est bien réelle. Surtout qu'elle se trouve « stimulée » par la concurrence des plastiques ou des composites, aussi bien dans l'emballage que dans l'automobile ou l'aéronautique.

1. Les aciers

Au chapitre des aciers, l'automobile est le principal moteur de l'innovation. L'allègement des pièces et le renforcement de la sécurité sont les arguments phares. C'est dans ce cadre qu'Arcelor propose des aciers au manganèse a effet TWIP (Twinning induced plasticity). «Les aciers FeMn TWIP associent une importante résistance et une ductilité élevée », explique Dominique Cornette chez Arcelor. Leur module de traction dépasse 1000 MPa et leur allongement total est supérieur à 50 %.

Les premières applications visées sont des pièces de structures, du type pied milieu. Mais les aciers FeMn TWIP peuvent aussi se substituer à des aciers doux dans des applications nécessitant un emboutissage profond (par exemple, un plancher) ou une intégration de fonction.

Arcelor répond également à la demande d'allègement avec la structure sandwich Usilight. Ce matériau est constitué de deux parements en acier revêtu au zinc et d'une âme en polymère capable de tenir aux températures atteintes lors de la cataphorèse. L'allègement atteindrait 20 à 40 % sur des pièces du type capot, pavillon, hayon, portes, ailes...

 Arcelor propose aussi une solution pour la technologie d'emboutissage à chaud : L'Usibor 1500P, un acier au bore pré-revêtu par un alliage d'aluminium. Il confère aux pièces finies des propriétés anti-corrosion.

Toujours dans l'automobile, mais chez ThyssenKrupp cette fois, des aciers multiphases revêtus pour la fabrication de pièces de structure. Ces matériaux présentent une combinaison résistance-ductilité supérieure à celles des aciers conventionnels et surtout à celle des alliages légers. Autre atout de cette génération d'acier multiphases : leur bonne qualité de surface après galvanisation sur une ligne classique. L'aciériste allemand a en effet réussi à limiter la formation d'oxydes d'éléments d'alliage qui gênent le mouillage de la surface par le zinc.

L'acier innove également dans le domaine de la construction. Par exemple, SSAB Swedish Steel a conçu des aciers à haute limite d'élasticité pour la fabrication d'échafaudages 20 à 25 % plus légers qu'auparavant. Ces structures se destinent en particulier à l'industrie offshore, où les échafaudages sont souvent en aluminium.

Chez Vallourec, l'acier VM12  à 12 % de chrome est adapté aux conditions de températures des centrales thermiques. Conçu avec Mannesmann Tubes, ce matériau conserve les caractéristiques de fluage levées d'un acier à 9 % de chrome. Mais sa résistance à la corrosion en phase vapeur est améliorée pour autoriser une utilisation jusqu'à 650 °C.

Pour le secteur de la mécanique, Ovako Steel, spécialiste des aciers pour roulements, a conçu une nuance pour le marché des composants hydrauliques. L'Ovahyd 650 est un acier bas carbone présentant une limite élastique de 650 MPa et une bonne résilience à des températures aussi basses que -40 °C. Ce matériau permet de produire des composants fortement sollicités -comme des tiges ou des vérins- à parois minces, donc plus légers.

Enfin, dans l'emballage, Arcelor offre avec son acier Creasteel la possibilité de produire des boîtes embouties de formes complexes et des couvercles à ouverture facile de forme Ce matériau très ductile facilite le process industriel en réduisant le nombre d'étapes d'emboutissage nécessaires aux formes complexes. Il combine un niveau de limite élastique très bas (entre 150 et 250 MPa) et une grande capacité d'allongement (supérieure à 35 % pour une épaisseur de 0,17 mm).

Arcelor travaille actuellement sur un Creasteel pré-revêtu d'un film polymère permettant le thermoscellage direct d'opercules.  

2. L'aluminium

Deuxième grande famille de métaux, les alliages d'aluminium innovent surtout dans l'automobile et l'aéronautique. (Dans le domaine de l'emballage, l'innovation est plus à trouver du côté conception que matériau). Chez Alcan, les plus récentes innovations sont liées à l'aéronautique, dans le cadre du programme A380. Ces matériaux ont en fait été développés chez Pechiney avant son acquisition Alcan. Une douzaine de nouveaux alliages ont ainsi vu le jour et ont été qualifiés depuis la précédente génération d'avions A320/330. Des alliages conçus pour répondre à un double objectif de réduction de coûts et d'allègement.

Ces matériaux équipent notamment le fuselage de l'A380 (alliage 7349-T6 pour les raidisseurs en profilés et 6156 T651 et 2056 T3 pour les panneaux), les ailes (7449 T7951 et 2024 A T351) et le (6056-T78/T6).

Alcan n'est bien sûr pas le seul fournisseur d'aluminium pour Airbus. Par exemple, l'américain Alcoa fournit un alliage aluminium/lithium (2196-T8) qui équipe l'A380 au niveau des poutres de plancher. C'est un come back pour cet alliage développé dans les années 80, sans réel débouché industriel depuis lors. Le britannique Corus a quant à lui signé un contrat majeur lors du dernier salon du Bourget: il fournira notamment à Airbus des plaques épaisses et des feuilles polies très larges pour une période prévue de 2007 à 2011.

Dans l'automobile, les innovations récentes chez Alcan sont liées à la recherche constante d'allègement en restant compétitif avec l'acier en terme de coûts. L'un des exemples concrets est un intérieur de portière dont l'objectif d'allègement de 45 % a été atteint par l'utilisation de tôles en alliage 5182 assemblées par soudage par friction. Alcan propose aussi des alliages pour échangeurs thermiques automobiles. Ces alliages de la gamme Evalife ont été optimisés pour continuer à gagner en poids (pour contrebalancer le nombre croissant d'échangeurs par véhicule) et en résistance à la corrosion (par l'atmosphère extérieure mais aussi par le fluide en circulation).

3. Titane et cuivre

Le titane et ses alliages évoluent surtout sur ses marchés traditionnels de l'aéronautique et de la défense. « Notre plus récent produit, le 54M est un alliage à usinabilité améliorée par rapport au TA6V ; il est actuellement testé chez Airbus et Boeing », indique Yvon Millet, chez Timet Savoie. Le 555 est un alliage à haute résistance conçu pour les applications au niveau du train d'atterrissage. Il s'agit d'un alliage Ti 5Al-5V-5Mo-3Cr-0,3Fe qui peut se substituer au Ti 10V-2Fe-3Al. Ses atouts sont sa résistance à la traction de 1290 MPa, sa limite élastique de 1240 MPa et la possibilité d'une trempe à l'air (et non à l'eau ».

Le Timetal 21S est quant à lui un alliage Ti-15Mo-3Nb-3Al-2Si très résistant à l'oxydation à hautes températures. Il se destine notamment à la fabrication de tuyères à l'arrière de réacteurs d'avions.
Enfin, du côté des alliages de cuivre, l'innovation n'est pas à rechercher dans ses domaines d'utilisation traditionnels, les tubes pour les sanitaires ou le chauffage. La plus récente innovation en la matière est annoncée chez Lugand, fabricant de... moules de plasturgie à Oyonnax (01). L'entreprise propose en effet  la gamme Lamac d'alliages de cuivre destinée à réduire les coûts de l'injection plastique. « Ces matériaux combinent une conductivité thermique élevée ainsi qu'une grande résistance à l'usure et à la corrosion », assure Didier Lugand, directeur de l'entreprise.

L'entreprise propose trois nuances : le Lamac 40 HRC vise la fabrication de la partie moulante du noyau de moules d'injection; le Lamac 30 HRC, les inserts de col ou de poignée de moules d'extrusion-soufflage ; le Lamac HC, les systèmes à canaux chauds.

La société allemande KME a quant a elle récemment innové dans le cuivre pour l'électricité/électronique. Sa gamme s'est enrichie d'alliages à précipitation pour la connectique automobile, des câbles supraconducteurs en alliage niobium/titane et des bandes revêtues de nickel pour la fabrication de composants de puissance.

Une autre innovation de KME concerne les échangeurs thermiques: il s'agit de plaques en cuivre/nickel à propriétés antifouling permanentes compatibles avec l'eau de mer destinées donc à l'industrie offshore.
MLT


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