Produire plus vite des composites métalliques

Les composites à matrice métallique offrent des performances mécaniques élevées à haute température. Une PME rhône-alpine a mis au point un procédé qui accélère leur production.

Grâce à notre procédé, la vitesse de fabrication est 3 600 fois plus rapide qu'avec les procédés traditionnels ! » Gérald Sanchez est enthousiaste. Le responsable R et D du groupe Thermo Technologies (300 salariés, 57 millions d'euros de chiffre d'affaires en 2008) assure que leur technique de production, mise au point après quatre années de travaux, ouvre la voie à la fabrication à grande vitesse de matériaux qui peuvent intéresser de nombreux industriels : les composites à matrice métallique (CMM) à fibres longues. Constitués d'aluminium, de magnésium ou de titane renforcé par des fibres céramiques (de quelques centimètres à plusieurs dizaines de centimètres de long), ces matériaux sont très résistants à la traction et aux hautes températures, et sont plus légers que les traditionnelles pièces en métal.

Le procédé développé par Thermo Technologies, issu d'un brevet déposé il y a une dizaine d'années par le motoriste Snecma, repose sur une étape d'enduction des fibres, indispensable pour la bonne cohésion de la matière dans le produit final. Une voie déjà utilisée pour obtenir des CMM, mais qui butait sur la lenteur des techniques actuelles d'enduction (spray, dépôt en phase vapeur ou électrodéposition), limitées à quelques mètres de fibres par heure.

Thermo Technologies, lui, a mis en place un système d'enduction continue, fondé sur une technique de « creuset froid ». Les fibres traversent de part en part une boule de titane en fusion (1 800 °C) d'une dizaine de centimètres de diamètre, qui est maintenue en lévitation magnétique par un inducteur. « L'absence de contact avec le creuset dans lequel se trouve le métal évite tout risque de pollution physicochimique, explique Gérald Sanchez. Mais nous devons en même temps maintenir le creuset à une température assez basse, 200 °C environ, afin d'éviter toute modification des lignes de champ. » Le procédé permet de fabriquer 1 à 5 mètres de fibres par seconde quand les techniques classiques en produisent 1 à 3 mètres... par heure.

Les fibres enduites de titane sont ensuite incorporées dans un container du même métal, qui a la forme de la pièce finale. Le couvercle est soudé, et c'est un traitement par pression isostatique à haute température (HIP) qui crée le matériau composite à matrice métallique. Dans le cadre de son partenariat avec la Snecma, Thermo Technologies a fabriqué des disques de moteur et des bielles pour train d'atterrissage à base de titane et de fibres longues en carbure de silicium.

Selon ses créateurs, cette voie de production peut s'adapter à d'autres types de CMM (aluminium et fibres d'alumine, magnésium et fibres de carbone...). Pour rendre ce procédé continu, de la poudre métallique est injectée en permanence dans la boule, laissant toutefois apparaître des phénomènes d'instabilité. L'emploi d'un fil métallique pour recharger la boule en fusion est donc envisagé, mais se heurte à des limites d'approvisionnement, notamment pour des alliages plus exotiques. « Nous devrions entrer en phase industrielle à l'horizon 2011 », estime Gérald Sanchez. Thermo Technologies pourrait dès lors se tourner vers des secteurs comme l'automobile, mais aussi l'aérospatial (mâts d'antenne) et le nucléaire (enveloppe en aluminium et fibres de bore pour le stockage des déchets nucléaires).