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Mousses métalliques : l'acier pourrait remplacer l'aluminium

Industrie et  Technologies
Des recherches menées par le CTIF et l'Ecole Centrale de Lille visent à la mise au point de mousses métalliques à base d'acier. Moins chères et plus résistantes que celles élaborées à base d'aluminium, elles sont en cours d'évaluation.

Nées aux USA au début des années 50, les mousses métalliques sont des matériaux cellulaires extrêmement légers et très isolants, car contenant jusqu'à 95 % d'air, qui sont également conducteur de l'électricité et dont les porosités peuvent contenir des gaz, des poudres, voir des médicaments. Elles intéressent donc de nombreux secteurs d'activité.

Les mousses métalliques sont ainsi déjà largement utilisées dans l'industrie automobile pour fabriquer des absorbeurs d'énergie de choc ou des panneaux rigides de faible masse travaillant en flexion. Il s'agit principalement de mousses d'aluminium, un matériau dont la masse volumique réduite et les performances mécaniques assez élevées sont intéressantes pour ce genre d'applications. Reste que même si les prix ont chuté d'un facteur 10 en moins de 10 ans, ces mousses d'aluminium restent chères (100 €/m² en 1 cm d'épaisseur).

Fabriquer des mousses plus économiques

C'est pourquoi le Centre Techniques des Industries de la Fonderie (CTIF) mène depuis trois ans, en partenariat avec l'Ecole Centrale de Lille, un projet de recherche sur l'élaboration de mousses d'acier. L'acier présente l'avantage d'être moins cher que l'aluminium, avec des performances mécaniques plus élevées, en particulier lors d'écrasements.

Ces travaux ont fait l'objet d'une thèse de doctorat soutenue par Jonathan Dairon en décembre 2008 sur le thème : Développement d'une nouvelle technique d'élaboration de mousses d'acier par fonderie et caractérisation mécanique.

Cette thèse étudie la possibilité d'employer de l'acier pour réaliser des mousses métalliques. Son objectif a été de tirer parti du faible coût matière et/ou des performances mécaniques très élevées de ce métal pour fabriquer des mousses pouvant rivaliser avec les mousses d'aluminium, en termes de performances dans le domaine des applications structurales (absorption d'énergie, travail en flexion).

Deux modes de production évalués

Pour fabriquer des mousses d'acier, deux types de techniques ont été testés dans le cadre de cette thèse : le moussage d'un métal liquide et l'infiltration d'une préforme. Le premier consiste à former une mousse liquide qui est ensuite solidifiée. Pour cela, les chercheurs se sont attachés à introduire du gaz dans l'acier et à créer les conditions pour que la mousse formée soit stable. Le second consiste à couler le métal dans un réseau de porosités ayant la forme d'une mousse. A cette occasion, les chercheurs ont mis au point une nouvelle technique de fabrication de préforme, qui a fait l'objet d'un dépôt de brevet. Ils ont également étudié les paramètres conditionnant les possibilités de ce procédé en termes de taille de pièce.

Finalement, les performances des mousses d'acier réalisées au moyen de la technique d'infiltration ont été évaluées, via des essais de compression uniaxiale, dans le but de les comparer à celles des mousses d'aluminium. Une première modélisation numérique de la mousse d'acier a aussi été effectuée, pour en apprécier la pertinence à prévoir le comportement de ce matériau.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://lml.univ-lille1.fr & http://www.ctif.com


 

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