R&D : Les métaux de demain sont ici aujourd'hui

L'AUTOMOBILE, L'AERONAUTIQUE OU LE BTP ATTENDENT DES SOLUTIONS MATERIAUX TOUJOURS PLUS PERFORMANTES ET SI POSSIBLE MOINS CHERES.
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Quelles sont les solutions actuellement étudiées dans les laboratoires des producteurs de métaux? Nous levons ici une partie du voile pour vous donner une idée des aciers, alliages d'aluminium et de titane qui seront disponibles dans les cinq ans à venir. Où l'on se rend compte que les producteurs doivent faire converger deux incompatibles : améliorer les caractéristiques des métaux tout en réduisant les coûts.

Dans le domaine des aciers, la R&D est clairement tirée par le marché de l'automobile. Au centre de recherche de Montataire, Arcelor développe ainsi des panneaux colaminés acier/polymère. L'idée de base est de combiner la facilité de formage et de mise en peinture de l'acier avec la résistance aux petits impacts du polymère.

Deux applications sont mises en avant lors des démonstrations: une aile avant et un panneau intérieur de portière. Par rapport à une solution tout acier, les atouts du colaminé seraient une réduction de poids de 30 à 50 %, une meilleure tenue aux petits impacts et une absorption sonore améliorée.

ThyssenKrupp mène de son côté le projet NSB (New steel body) sur une technique économique de construction légère en acier pour carrosseries. La réduction de poids annoncée est de 24 %, soit 75 kg sur une caisse en blanc d'un véhicule de référence (un monospace compact). Et ce, sans augmentation significative des coûts de fabrication.

L'autrichien Voestalpine développe quant à lui des nouveaux flans raboutés (TWB, pour Tailored welded blanks) destinés aux intérieurs de portières côtes d'habitacles, longerons et ailes.

En dehors de l'automobile, la R&D sur les aciers porte notamment sur la construction et le BTP. Parmi les tous derniers brevets déposés par Arcelor, on note des panneaux autoportants résistants au feu pour le bâtiment. Arcelor et ThyssenKrupp viennent par ailleurs d'achever un programme européen sur des structures destinées au transport de gaz et autres fluides corrosifs. Les matériaux choisis, des aciers inox super martensitiques soudables et très résistants à la corrosion, visent à remplacer les aciers au carbone ou duplex. L'aciériste suédois SSAB travaille de son côté sur l'utilisation d'aciers à ultra haute résistance dans la fabrication de grues en partenariat avec le Cetim

Tout un pan de la R&D sur l'acier est consacré à l'environnement. Arcelor est à l'origine du programme européen Ulcos sur la réduction des émissions de CO2.

Le sidérurgiste développe par ailleurs un procédé pour la production de phases métalliques et minérales valorisables à partir de co-produits générés par la sidérurgie (et d'autres industries). La phase métallique obtenue est une fonte contenant 3 à 5 % de carbone, moins de 0,05 % de soufre et moins de 0,15% de silicium. L'autre atout de ce procédé de fusion réductrice à haute température est son bilan CO2: une diminution de 0,9 tonne de CO2 est obtenue par tonne de co-produits enfournés.

La recherche sur les alliages d'aluminium est au moins aussi foisonnante que celle des aciers. En particulier dans les domaines majeurs que sont l'aéronautique (où le matériau est concurrencé par les composites) et l'automobile (où la compétition fait rage avec l'acier et les matériaux organiques).

L'un des projets fédérateurs de recherche implique notamment Corus, Alcan et Hydro Aluminium sur la purification de l'aluminium liquide. Un programme auquel participe aussi le CNRS et l'Institut national polytechnique de Grenoble. Ce projet dénommé MAP vise à se débarrasser -de manière économique- des contaminants comme le fer, le silicium et le manganèse par la formation d'intermétalliques puis leur séparation.

Chez Alcan, n°1 européen de l'aluminium, l'essentiel des recherches porte sur l'aéronautique (voir encadré) et l'automobile. Dans ce domaine, ses travaux visent en particulier l'allègement. « Nous travaillons par exemple sur un pavillon, explique Serge Bercovici, directeur général d'Alcan Centre de recherches de Voreppe. Le problème est de pouvoir installer cette pièce sur la structure d'acier de façon à ce qu'elle ne se déforme pas lors du recuit de la mise en peinture. Nous avons alors conçu une solution à base de tôle d'aluminium/silicium/magnésium dont le comportement à la dilatation différentielle avec l'acier a été amélioré ».

Alcan cherche aussi à optimiser le comportement au crash des structures comme les pare-chocs. Grâce à des alliages du type 6005A pour les profilés et à une conception adapté, des allègements de 40 à 50 % par rapport à l'acier seraient obtenus. Alcan a par ailleurs breveté un procédé d'emboutissage «à tiède», adapté aux pièces de carrosserie.

Pour le marché de l'automobile, l'américain Alcoa développe quant à lui des tôles en aluminium (incluant du silicium, du manganèse et du magnésium) combinant une résistance élevée, une aptitude à la déformation et une forte tenue au choc.

Chez l'anglais Corus, les travaux portent en particulier sur un alliage aluminium/magnésium/silicium laminé pour la production d'éléments de carrosserie. Pour l'aéronautique, Corus a conçu un alliage aluminium/zinc qui allie résistance, tenue à la corrosion et ténacité. Ce matériau serait destiné à la production de plaques minces pour des éléments d'extrados dans une aile d'avion. Pour la structure des avions, la société britannique développe des alliages aluminium/cuivre à haute tolérance aux dommages, en particulier à la propagation de fissures.

Chez Alcan, les recherches appliquées à l'aéronautique visent à toujours optimiser le compromis allègement/coût.

Le titane vit quant à lui une rupture technologique dont l'arrivée pourrait baisser les prix, le gros problème de ce matériau. Et ainsi favoriser le développement d'applications hors aéronautique et défense comme l'automobile ou le bâtiment. Des procédés électrolytiques d'extraction sont apparus comme la technique FFC -des initiales de ses inventeurs- développée à l'université de Cambridge (Angleterre).
S'inspirant de la production de l'aluminium, la technique permet de passer directement du TiO2 solide au titane. D'où l'impact sur les prix. Timet, le producteur américain de titane, annonce vouloir commercialiser le procédé le FFC d'ici 4 ans.

Enfin, le titane pourrait bientôt voir ses propriétés améliorées grâce aux nanotechnologies. Lors des journées technologies de juin dernier de l'Association titane, Jian Lu de l'Université de technologie de Troyes présentait ses travaux sur la génération de nanostructures superficielles par déformation plastiques du matériau. Le procédé dénommé Smat (Surface mechanical attrition treatment) augmenterait les propriétés mécanique du titane mais aussi sa biocompatibilité. Les chercheurs songent d'abord à des applications fonctionnelles du type MEMS et en optoélectronique.
MLT


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