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L'allègement et la sécurité avant tout

Michel Le Toullec

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- Acier, aluminium, titane, cuivre : les producteurs de métaux n'ont pas cessé d'innover pour s'imposer et faire face aux matériaux organiques.

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 à 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 1 000 MPa et leur allongement total est supérieur à 50 %. Les premières applications visées sont des pièces de structure, 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 supporter les 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 prérevêtu par un alliage d'aluminium. Il confère aux pièces finies des propriétés anticorrosion.

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 celle des aciers conventionnels et, surtout, à celle des alliages légers. Autre atout de cette génération d'acier multiphase : 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 off-shore, 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 élevées 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 prérevêtu 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 les domaines de l'automobile et de l'aéronautique. Concernant l'emballage, l'innovation est plus à trouver du côté de la conception que du 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 par 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 qui ont été conçus pour répondre à un double objectif de réduction des 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 nez de l'appareil (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 1980, sans réels débouchés industriels depuis lors. Le britannique Corus a, de son côté, 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 termes de coûts. L'un des exemples concrets est un intérieur de portière dont l'objectif d'allègement de 45 % serait atteint par l'utilisation de tôles en alliage 5182 assemblées par soudage par friction. Alcan propose également des alliages pour échangeurs thermiques d'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. Le titane et le 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, pour sa part, un alliage à haute résistance conçu pour le 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 1 290 MPa, sa limite élastique de 1 240 MPa et la possibilité d'une trempe à l'air et non à l'eau. Le Timetal 21S est, par ailleurs, 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 (Ain). 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. Cette dernière propose trois nuances : le Lamac 40 HRC vise la fabrication de la partie moulante du noyau de moules d'injection ; le Lamac 30 HRC, celle des inserts de col ou de poignées de moules d'extrusion-soufflage ; le Lamac HC, pour les systèmes à canaux chauds.

La société allemande KME a, de son côté, récemment innové dans le cuivre pour l'électricité/électronique. Ainsi sa gamme s'est enrichie d'alliages à précipitation pour la connectique automobile, des câbles supraconducteurs contenant du 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 off-shore.

L'ESSENTIEL

- Les aciers TWIP (à plasticité induite par maclage) combinent résistance et ductilité élevées. - L'aluminium/lithium fait son grand retour sous forme de poutres de plancher sur l'Airbus 380. - Le cuivre innove dans le domaine des moules de plasturgie.

MATÉRIAU ACIER

Fournisseur > Arcelor Pièce > Boîte emboutie en Creasteel Domaine d'application > Emballage

MATÉRIAU ALUMINIUM

Fournisseur > Alcan Pièce > Intérieur de portière en alliage 5182 soudé par friction Domaine d'application > Automobile

Matériau cuivre

Fournisseur > Lugand Pièce > Élément de moule d'injection en Lamac Domaine d'application > Plasturgie

Matériau titane

Fournisseur > Timet Savoie Pièce > Balancier de train d'atterrissage en Ti555 Domaine d'application > Aéronautique

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