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Un pôle d'excellence européen sur les céramiques avancées

Michel Le Toullec

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- Saint-Gobain a inauguré, en décembre, son centre de recherche européen dédié aux céramiques haute performance. Les marchés : l'industrie du verre, l'électronique, les transports...

Cavaillon (Vaucluse), le pays du melon, sera-t-il un jour aussi réputé pour ses céramiques haute performance ? Sans doute pas auprès du grand public, mais auprès des industriels vraisemblablement. Beaucoup d'entre eux sont en effet concernés par l'activité du tout nouveau Centre de recherche et d'études européen de Saint-Gobain (CREE).

Cette entité a pour ambition de développer des solutions céramiques innovantes pour des secteurs aussi divers que les transports, le cosmétique, l'électronique, l'énergie ou l'industrie du verre. Avec un budget annuel de fonctionnement qui atteint 15 millions d'euros, ce centre, inauguré en décembre dernier, compte 130 personnes, dont 90 chercheurs, sur une surface couverte de 7 800 m2. Il est actuellement l'un des plus grands centres mondiaux dédiés aux céramiques avancées.

Cinq équipes pour la synthèse et les tests

« D'une façon générale, nous définissons nos programmes de recherche à partir de notre connaissance des applications et marchés que nous servons ou voulons servir, explique Patrick Gagniard, directeur du site. Pour encore mieux comprendre ces marchés, Saint-Gobain CREE apporte une assistance technique continue à l'ensemble de ses clients et est équipé d'importants moyens de synthèse, de mesure, d'analyse et d'essais. »

Ce centre de recherche dispose ainsi d'une équipe chargée de la préparation, de l'élaboration et de la mise en forme des céramiques par frittage thermique. Une autre équipe travaille sur la mise en forme par fusion électrique. Le laboratoire d'analyse assure quant à lui deux fonctions : l'analyse chimique (par spectrométrie de fluorescence X ou d'émission plasma, par absorption atomique) et la microanalyse (par microsonde électronique, microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X). L'équipe des mesures physiques dispose de son côté de moyens d'essais sur les matières premières et sur les produits finis : pyrométrie, analyse thermique, contrôle non destructif...

Enfin, l'équipe des essais thermiques réalise des tests de corrosion des céramiques par différents agents (verres ou métaux en fusion, gaz), des essais de variations de température ainsi que divers traitements thermiques.

L'une des vocations de Saint-Gobain CREE est d'étudier les céramiques en poudre : depuis leur synthèse jusqu'à leur procédé de mise en forme et l'amélioration de leurs propriétés physico-chimiques en fonction des applications visées. « Dans le domaine du carbure de silicium (SiC), nous travaillons avec notre centre américain de Northboro (près de Boston) sur la recherche d'une très haute pureté et sur la définition de procédés de mise en forme de pièces complexes, reprend Patrick Gagniard. Le SiC se développe notamment dans l'électronique, par rapport au silicium, pour des raisons de pureté, de stabilité thermique à haute température et d'inertie chimique. Par exemple des wafers en SiC sont utilisés pour le traitement thermique à haute température de tranches de monocristaux de silicium. »

En ce qui concerne le nitrure de bore (BN), Saint-Gobain CREE joue le rôle de support technique aux unités américaines de fabrication, issues de l'acquisition par Saint-Gobain de la société Carborundum. Des développements sont prévus dans le domaine des cosmétiques : le BN convient en tant que lubrifiant sec dans les fonds de teint. Autre thème : le "Thermal management", à savoir le refroidissement des puces de microprocesseur (Pentium) grâce aux propriétés thermiques du BN qui permettent d'évacuer les calories localisées au niveau du processeur lors de l'utilisation des ordinateurs. Dans le domaine des zircones, les chercheurs du centre tendent à développer une gamme complète de produits. Au programme : des zircones thermiques de différentes répartitions granulométriques, des zircones hydratées Zr(OH)x, de l'oxychlorure de zirconium, de l'orthosulfate de zirconium.

Énergie, environnement...

Le CREE développe trois autres marchés importants pour les céramiques : l'industrie du verre, l'énergie et l'environnement. Pour le secteur du verre, les chercheurs développent des matériaux visant à augmenter la durée de vie des fours. D'autres travaux tendent à répondre aux critères de qualité exigés pour la production des nouveaux verres électroniques pour écrans plasma plats.

Côté énergie, des dispositifs en céramique sont exploités en pétrochimie et pour la gazéification du charbon. On utilise alors des carbures avec ou sans liant nitrures (SiAlON), des nitrures de silicium ou des alumineux. « Nous définissons ou faisons évoluer nos procédés pour pouvoir produire des pièces de formes plus résistantes aux chocs thermiques et aux sollicitations chimiques comme la corrosion liquide et gazeuse. » Dans le domaine de l'environnement, les chercheurs étudient le carbure de silicium et les procédés pour produire des filtres à particules pour moteurs Diesel. « L'un des objectifs est d'allonger la durée de vie des filtres - actuellement, le filtre des 607 doit être changé tous les 80 000 km - afin de les rapprocher de celle des véhicules, précise Patrick Gagniard. Nous cherchons aussi à mieux contrôler leur résistance aux chocs thermiques lors des opérations périodiques de régénération par combustion des suies suite à une brutale élévation de la température dans le filtre. »

Le développement des céramiques pour le marché des abrasifs est une autre mission de Saint-Gobain CREE. Il s'agit en particulier d'améliorer les performances des grains abrasifs fondus alumine- zircone. Les chercheurs étudient l'influence du procédé de fabrication par électrofusion sur les propriétés finales abrasives des grains ainsi que le rôle d'ajouts dans les compositions. « Nous travaillons sur ces thèmes avec nos centres de recherche américains de Northboro et avec ceux de la branche Abrasifs qui mettent en forme des abrasifs à partir de nos grains et les testent en conditions d'utilisation. »

Enfin, à peine inauguré, Saint-Gobain CREE annonce un projet d'extension sous forme d'une unité mixte de recherche Saint-Gobain-CNRS. « Le comité national du CNRS a donné, mi-novembre, un avis favorable à cette création : cette unité mixte devrait démarrer au cours de l'année 2004. Sa thématique de recherche devrait concerner la synthèse et la fonctionnalisation des céramiques », conclut Patrick Gagniard.

EN CHIFFRES

Saint-Gobain CREE - 160 personnes prévues à terme - 15 millions d'euros de budget de fonctionnement annuel - 25 millions d'euros d'investissement

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