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L'Usine Matières premières

Ça pulse chez Bmax

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Une PME toulousaine révolutionnele travail des métaux avec ses machinesà hautes puissances pulsées.

Ça pulse chez Bmax
Airbus Helicopters étudie le magnétosoudage et le magnétoformage pour ses prochaines générations d’appareils.
© crédit photo

Industriels, avez-vous pris la mesure de la révolution que représente la fabrication additive ? Eh bien, préparez-vous à une nouvelle révolution des techniques de production. Imaginez une source d’énergie économique, propre et si puissante qu’elle peut déformer les métaux les plus durs… Trop beau pour être vrai ? Pourtant, le principe des hautes puissances pulsées est connu depuis plus de soixante ans. Dès le milieu du XXe siècle, les physiciens avaient prouvé qu’en libérant un courant électrique sur un temps très court, la puissance générée est extrêmement élevée. Une puissance telle que les métaux entrent dans un nouvel état de « viscoplasticité », à mi-chemin entre l’état solide et l’état liquide, facilitant leur mise en forme. Malheureusement, les outils de simulation et de contrôle disponibles jusqu’alors n’avaient jamais permis à la technologie de sortir des laboratoires.

Il aura fallu attendre 2011 pour que la PME toulousaine Bmax reprenne les travaux là où ils s’étaient arrêtés. « Nous avons voulu savoir pourquoi cela n’avait pas pris dans l’industrie, puis développer des solutions et devenir les leaders sur ce marché, résume Gilles Avrillaud, le directeur technique de cette entreprise de 50 salariés. Nous avons commencé par lancer des travaux de thèse, notamment sur le comportement dynamique des métaux à haute vitesse de déformation, puis nous avons donné un coup d’accélérateur à la simulation dans ce domaine. » Après quelques années de recherche, la technologie de Bmax est au point et l’entreprise se lance à la conquête du monde industriel, avec la commercialisation d’une gamme de machines adaptées à la fabrication en série. Si son chiffre d’affaires n’est pas encore significatif, elle a déjà su convaincre plusieurs grands noms de l’industrie.

Repousser les limites mécaniques des matériaux

Dès les années 1950, les physiciens prévoyaient plusieurs applications au principe des hautes puissances pulsées. Elles ont pour noms magnétoformage, formage électrohydraulique, magnétosoudage et magnétosertissage. Pour asseoir son avance, Bmax propose dès à présent une famille de machines couvrant tout cet éventail d’applications. Les machines de magnétoformage et de formage électrohydraulique sont deux alternatives à l’emboutissage classique. Dans le premier cas, il s’agit d’utiliser une décharge électromagnétique dans une bobine pour pousser le métal contre un moule [voir schéma page 67]. Dans le second cas, la décharge est libérée dans l’eau, créant une onde de choc qui pousse le métal. Leur point commun : faire oublier toutes les contraintes de l’emboutissage. La matière qui entre dans un état viscoplastique se répartit uniformément au fond de l’empreinte du moule et on s’affranchit du phénomène de retour élastique (lorsqu’une pièce est emboutie, elle se déforme, atteint le fond du moule puis revient légèrement en arrière). « Cela intéresse les constructeurs automobiles qui utilisent de plus en plus d’aciers à haute limite élastique, qui comme leur nom l’indique ont tendance à reprendre leur forme initiale quand ils sont emboutis de manière traditionnelle », souligne Hervé Peronnet, le responsable du département procédés industriels et applications chez Bmax.

Autre particularité de l’état de viscoplasticité : même les matériaux très peu ductiles peuvent être mis en forme. Une propriété qui intéresse les industriels du nucléaire et de l’aéronautique, habitués des matériaux « exotiques ». Ainsi, le Cern, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, a développé en collaboration avec Bmax le formage électrohydraulique des cavités accélératrices de ses futurs accélérateurs de particules. Le formage électrohydraulique est assez puissant pour déformer des tôles en niobium de 3 mm d’épaisseur, avec une précision dimensionnelle bien supérieure à tout autre procédé de mise en forme.

La liste des avantages des hautes puissances pulsées est encore longue. La technologie repousse littéralement les limites mécaniques des matériaux. Lorsque le métal se trouve dans un état viscoplastique, il peut encaisser des étirements extrêmes. Un aluminium standard, dont l’allongement maximum se situe aux alentours de 20 %, peut désormais être étiré jusqu’à 50 % sans rompre ! Cette propriété, les constructeurs automobiles y sont sensibles, car le design extérieur des véhicules est aujourd’hui fortement limité par les possibilités de l’emboutissage. Avec le magnétoformage, toutes les formes ou presque sont réalisables, en particulier les angles vifs qui donnent un aspect agressif aux véhicules. L’un des grands constructeurs allemands a déjà utilisé des machines de Bmax pour les panneaux de carrosseries de ses modèles les plus sportifs.

Autre machine, mêmes propriétés révolutionnaires. Avec le magnétosoudage, il s’agit de projeter une pièce contre une autre à haute vitesse afin de les souder. Le principe se rapproche de celui du soudage par explosion, un procédé à la fois coûteux, dangereux et inadapté aux hautes cadences. À l’inverse, le magnétosoudage est rapide, sans danger, simple à utiliser par n’importe quel opérateur, et il nécessite peu d’énergie (les machines de Bmax ne consomment que quelques kW d’électricité, soit l’équivalent d’un gros appareil électroménager). Les puissances sont encore plus élevées que pour le magnétoformage. « L’accélération lors du magnétosoudage est énorme, car on atteint 2 000 km/h sur une distance de 2 mm, précise Gilles Avrillaud. Un tel choc entraîne une soudure au niveau atomique, on peut donc souder deux matériaux différents, ce qui est souvent impossible en soudage traditionnel sans métal d’apport. » Soudage alu sur cuivre, alu sur acier inoxydable, tout devient possible… Et contrairement au soudage classique durant lequel la matière est chauffée, il n’y a pas de zone de fusion, donc aucune fragilité à la jonction entre les deux métaux. Une propriété qui a séduit Airbus Helicopters. En partenariat avec Inovsys, l’industriel étudie le magnétosoudage pour assembler les rotors de sa prochaine génération d’hélicoptères.

Pour le PDG de Bmax, Rani Plaut, d’importants débouchés sont aussi attendus dans l’automobile, cette fois pour l’allégement des véhicules. « Les constructeurs ont réduit les épaisseurs d’acier au fil des années avant de passer à l’aluminium, mais ils sont arrivés à un palier car les tôles d’acier et d’alu ne peuvent être soudées, explique-t-il. Grâce à notre technologie de soudage à froid, la course à la réduction de poids peut reprendre. » Au-delà de l’intérêt technique, les machines de Bmax arrivent à un moment où les normes se durcissent. « Jusqu’alors, pour concevoir des pièces automobiles, il fallait faire des compromis entre complexité, précision et légèreté, mais les procédés de fabrication traditionnels ont atteint leurs limites, précise Rani Plaut. C’est le moment idéal pour s’intéresser à des technologies comme celles-ci, qui permettent d’en finir avec les compromis. »

Preuve de l’intérêt de la technologie dans l’automobile, la plupart des constructeurs mondiaux testent actuellement des machines Bmax dans leurs centres de développement. Mais les machines sont également prêtes pour des applications en grandes séries et à hautes cadences. En ce mois de septembre, la PME française s’apprête à livrer une ligne de production complète de formage électrohydraulique. Une machine équipée de robots pour le chargement des pièces et de plateaux tournants pour la préparation des pièces en temps masqué. L’installation, destinée à un industriel français de la cosmétique, pourra fabriquer 5 millions de pièces par an. « C’est le premier système de formage électrohydraulique au monde à atteindre cette cadence », assure Hervé Peronnet. Il faut dire qu’avec sa capacité à reproduire tous les détails d’un moule, même les plus fins, la technologie intéresse beaucoup les secteurs du luxe, de la parfumerie, ainsi que les fabricants d’équipements électroniques et de téléphones portables. Jusqu’à présent, l’emboutissage traditionnel ne permettait pas suffisamment de finesse dans la reproduction des détails pour satisfaire ces secteurs, et les industriels devaient se contenter de pièces en plastique injectées recouvertes d’une couche métallisée. Grâce au formage électrohydraulique, on peut s’attendre à un bond en avant en termes de qualité perçue pour ce type de produits, avec des bouchons de parfums et des coques de téléphones en vrai métal. Partout où l’on utilise des tôles métalliques, la technologie à hautes puissances pulsées du français Bmax semble en mesure d’élargir le champ des possibles. 

Vous êtes concernés

  • Métiers de l’emboutissage, du soudage et du sertissage
  • Industries automobile, aéronautique, cosmétique, téléphonie, fixations, luxe…
  • Utilisateurs de tôles métalliques fines

« La technologie entre dans sa phase de maturité »


Hédi Sfar,responsable des actions collectives au pôle Procédés performants et innovants du Cetim

« Le magnétoformage est une technologie ancienne. Au Cetim, cela fait environ trente ans que nous la présentons dans nos formations, en particulier pour ses applications dans le sertissage. Mais jusqu’à présent, il était difficile de mettre au point des générateurs de champs magnétiques suffisamment rapides. Bmax a beaucoup investi en R & D pour porter la technologie au stade de vraie solution industrielle. Avec eux, la technologie entre dans sa phase de maturité. On peut enfin envisager sa diffusion dans toute l’industrie, comme alternative économique à l’emboutissage classique. Au-delà des marchés de l’automobile et de l’aéronautique, le Cetim étudie actuellement les possibilités offertes dans des secteurs comme la fixation, les fabricants de tubes ou encore le mobilier métallique. »

Une puissance quasi infinie


Les machines de Bmax utilisent la force de Laplace, c’est-à-dire la force générée par un champ magnétique, pour mettre en forme ou assembler des tôles métalliques. Elles placent la matière dans un état transitoire, mi-solide mi-liquide, pendant un bref instant. Cela permet une déformation de la matière sans déchirures, mais aussi sans contraintes résiduelles, donc sans retour élastique. Si de telles déformations sont possibles, c’est parce que des puissances considérables sont en jeu. L’explication tient en une équation : Puissance = Énergie /Temps. Plus un phénomène est rapide, plus sa puissance est élevée. Si le temps se rapproche de zéro, alors la puissance tend vers l’infini. C’est ce qui rend les machines de Bmax si efficaces. Le principe est celui d’un accumulateur dans lequel le courant est stocké avant d’être libéré sous forme de décharge. Cette dernière dure moins de 100 microsecondes, soit le temps qu’il faut à une balle de pistolet pour parcourir 50 mm. Ces machines consomment quelques kW en entrée, mais délivrent des centaines de MW en sortie. C’est près de la moitié de la puissance d’un réacteur nucléaire ou l’équivalent de plusieurs paquebots « Queen Mary 2 » ! Le procédé a un coût inférieur à celui de l’emboutissage. Il est aussi plus écologique car il n’utilise ni lubrifiant ni produit chimique, contrairement à l’emboutissage et au soudage classiques, et le niveau de rayonnement étant très faible, il ne présente aucun danger pour l’utilisateur. La seule limite, c’est l’épaisseur des tôles : 2 mm pour les aciers, 5 mm pour l’aluminium. 

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