Mousses métalliques : l'acier pourrait remplacer l'aluminium

les chercheurs du CTIF et de l'École centrale de Lille ont mis au point des mousses métalliques à base d'acier moins chères et plus résistantes que celles à base d'aluminium.

Nées dans les années 1950 aux États-Unis, les mousses métalliques sont des matériaux cellulaires extrêmement légers et très isolants thermiquement, car contenant jusqu'à 95 % d'air. Elles sont également conductrices de l'électricité et leurs porosités peuvent contenir des gaz, des poudres, voire des médicaments. Elles intéressent donc de nombreux secteurs d'activité.

Les mousses métalliques sont ainsi utilisées dans l'automobile pour fabriquer des absorbeurs 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. Mais même si les prix ont chuté d'un facteur 10 en moins de dix ans, ces mousses d'aluminium restent chères (100 euros le mètre carré en 1 cm d'épaisseur). C'est pourquoi le Centre technique des industries de la fonderie (Ctif) mène depuis trois ans, en partenariat avec l'École centrale de Lille, un projet de recherche sur l'élaboration de mousses d'acier. Un matériau beaucoup moins cher que l'aluminium, avec des performances mécaniques encore plus élevées.

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".

Deux techniques de production ont été testées

Deux procédés de fabrication 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, véritable négatif de la mousse à obtenir. Un procédé qui permet aussi d'obtenir une peau continue autour de la pièce. À cette occasion, les chercheurs ont mis au point une technique de fabrication de la préforme par noyautage utilisant du sable aggloméré, 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. « Il n'existe pas de limite quant à la surface de la pièce, par contre les capacités d'infiltration de la préforme réduisent l'épaisseur à 150 mm avec un taux de porosité de 85 %, contre 300 mm pour l'aluminium », révèle Jonathan Dairon.

Les performances des mousses d'acier ainsi réalisées ont été comparées à celles des mousses d'aluminium. « Les capacités d'absorption d'énergie par unité de volume sont légèrement supérieures et celles de résistance à la flexion sont similaires, mais pour un prix bien moindre », constate Jonathan Dairon.

Les chercheurs sont maintenant à la recherche d'industriels qui voudraient tester les caractéristiques des mousses d'acier sur de vraies pièces. Qu'on se le dise !

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