Des procédés innovants pour les matériaux de demain

La plateforme Mimausa de Mines Albi présentera, le 22 mars prochain, deux pilotes industriels lors de la Bourse aux technologies « Smart manufacturing » de l’Institut Mines-Télécom. L’école tarnaise exposera ainsi au ministère de l’Économie, de l’industrie et du numérique ses dernières innovations en matière de procédés superplastiques et d’élaboration de matériaux composites.

 

Inaugurée en janvier 2015, la plateforme Mimausa met à disposition de la recherche académique et industrielle des pilotes pour tester des procédés de conception innovante. Elle est intégrée à Mines Albi via l’institut Clément Ader, un des centres de recherche de l’école. À l’occasion de la prochaine Bourse aux technologies du 22 mars 2016, deux de ces pilotes seront présentés à Paris auprès d’universitaires et d’entreprises.

La première technologie exploite les propriétés superplastiques de matériaux comme le titane ou l’aluminium pour la formation de tôles. Pour Aurélien Mazzoni, porteur du projet, « l’innovation par rapport à un procédé conventionnel se situe sur le temps de chauffe ». Là où classiquement il faut chauffer le moule et la tôle à haute température, le pilote de formage superplastique s’en affranchit. À la place, c’est un moule froid en béton qui est utilisé, sur lequel est placé la plaque de métal à déformer. Le chauffage est effectué par des lampes infrarouges, portant en quelques minutes les pièces à 850 °C pour le titane ou 450 °C pour l’aluminium. Une fois chaude la plaque est moulée sur le support en béton situé en-dessous par application d’une pression de 40 bar sur la partie supérieure.

 

La superplasticité, une affaire d’optimisation

« Les conditions de pression et de température permettant de tirer profit des propriétés superplastiques sont propres à chaque matériau » explique Aurélien Mazzoni. Mais une fois définies, ces conditions offrent la possibilité de déformer une pièce de près de 1 000 %, contre 40 % par des procédés conventionnels. Pour arriver à ces résultats, le pilote a été optimisé pendant des années : c’est en 2011 que son développement a débuté. Au fil des ans, les chercheurs se sont par exemple attachés à optimiser le chauffage par lampes infrarouges. Un vrai défi pour permettre une montée en température homogène des tôles métalliques. Les lampes d’une puissance maximale de 3 000 W autorisent aujourd’hui un chauffage en une heure, contre douze heures pour les chauffages résistifs utilisés habituellement.

De même, le moule en béton a subi de nombreuses améliorations. Une start-up — Aurock — travaille sur cette partie cruciale du pilote. « Des fibres métalliques ont été rajoutées dans le béton pour améliorer sa résistance » ajoute Aurélien Mazzoni. La robustesse du moule est un point clé, puisqu’elle définit le nombre de tôles qu’il peut former. Actuellement, plusieurs dizaines de pièces peuvent être produites avant que le béton ne soit trop fragilisé par les cycles de montée en température et de pression.

 

L’aéronautique intéressée par ces pilotes

Le pilote de formage superplastique a été mis au point pour des pièces de 400 millimètres par 400 millimètres. « Nous sommes limités par la taille des lampes et du bâti métallique qui supporte le moule » concède Aurélien Mazzoni. Cela n’est cependant pas un défaut, car il existe une vraie demande pour des pièces de cette taille. La technologie est ainsi utilisée pour la création de pièces de pré-séries en collaboration avec des grandes entreprises de l’industrie aéronautique.

Un secteur d’activité qui est également intéressé par le second pilote qui sera présenté lors de la Bourse aux technologies. Dans ce cas aussi, les plaques de matériaux formées sont d’une taille de 400 millimètres par 400 millimètres. Cette fois-ci en revanche, il ne s’agit pas de titane ou d’aluminium, mais de matériaux composites comme les pré-imprégnés. Le pilote permet de chauffer par induction le composite dans un moule développé par la société RocTool, faisant alors fondre le polymère qui imprègne le renfort pour donner le matériau composite.

« Cette technologie est destinée à fabriquer des plaques qui serviront ensuite à faire de l’estampage par exemple » poursuit Aurélien Mazzoni : une fois le matériau composite chauffé et imprégné, la plaque est placée dans un outil pour la mouler. Comme dans le cas du premier pilote, l’innovation vient de la vitesse de montée en température. La technologie offre un chauffage de près de 50 °C par minute, de même pour le refroidissement. « Nous pouvons faire des élévations en température complexes, par paliers, plusieurs fois par jour » détaille Aurélien Mazzoni. Actuellement, un tel pilote est unique en Europe sur des tailles de pièces aussi grandes. Un privilège que les chercheurs de Mines Albi souhaitent conserver. Pour cela, leurs prochains objectifs se tournent vers la consolidation des matériaux composites sur des cycles de chauffage court.