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La fonderie se fait mousser

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Tirer profit de minuscules cavités d’air dans le métal, c’est la promesse des mousses métalliques. Ce matériau pourrait trouver sa place dans de nombreux secteurs.

La fonderie se fait mousser
Mousse d’aluminium réalisée au moyen de noyaux de sable.

Un jour peut-être, les bulles d’air dans le métal seront aussi populaires que les trous de l’emmental. Les mousses métalliques s’apprêtent en tout cas à sortir de l’ombre. L’Aircross, le SUV que Citroën produira à partir de 2018, intégrera des mousses métalliques en aluminium sur le bas des portières. Une protection contre les chocs latéraux assurée auparavant par des panneaux de polyuréthane. Le constructeur a été convaincu par les tests menés avec Alvéotec, une filiale de l’entreprise Grims, installée à Vénissieux (Rhône). « Nous avons été contactés par PSA pour tester cette technologie sur un prototype, raconte Cyrille Grimaud, le gérant d’Alvéotec. Les mousses alvéolaires métalliques protègent mieux que celles en polyuréthane. »

Le dirigeant, qui espère que le constructeur fera appel à lui pour la fabrication en série dans l’usine de Rennes-La Janais (Ille-et-Vilaine), amorce des premiers volumes significatifs de production de mousses métalliques. Également dans son viseur, des pièces de structure dans l’automobile et l’aéronautique et des conteneurs haute pression. Au cœur du projet d’Alvéotec, un procédé de production made in France mis au point par le Centre technique industriel de la fonderie (Ctif). Une petite révolution dans la métallurgie, tant ce matériau, qui allie légèreté, résistance, conductivité et porosité, semble prometteur. Parmi les différents procédés d’obtention de mousse métalliques [lire l’encadré], celui du Ctif pourrait faire décoller les applications industrielles de ce matériau encore confidentiel. « Alors que la plupart des procédés offrent des géométries aléatoires, nous pouvons garantir une répétabilité du matériau, précise Patrick Hairy, ingénieur R & D au Ctif. Notre procédé est adapté aux exigences des industriels qui ont besoin de caractériser tout nouveau matériau avant une production en série. » En un mot, le Ctif parvient à produire des mousses métalliques constituées d’un réseau de petits trous au diamètre contrôlé, dans un alignement parfait. Ce qui n’est pas le cas des panneaux de mousses d’aluminium fabriqués par le canadien Cymat par injection d’air, déjà employés dans le monde de l’architecture.

Stockage et transfert d’énergie

Sur la base du procédé du Ctif, une communauté d’industriels et de partenaires universitaires s’est réunie autour du projet Foam de 2011 à 2015, financé par l’Agence nationale de la recherche. Parmi eux, TN International (TNI), la filiale ­d’Areva dédiée au transport et à la logistique du matériel nucléaire. « Nous explorons les opportunités offertes par ces structures vis-à-vis des propriétés requises pour nos emballages, aujourd’hui constitués surtout de bois, explique ­Charlotte Kalck, ingénieur R & D au sein de TNI. L’un des avantages de cette technologie est la possibilité de choisir entre plusieurs types d’alliages et d’adapter à volonté le design. » Les performances de ces mousses dans l’amortissement de vibrations laissent entrevoir la possibilité de les utiliser pour renforcer le blindage anti-explosion des véhicules militaires.

L’autre point fort du process du Ctif ? Les porosités dans le métal communiquent entre elles, permettant à un fluide de passer à l’intérieur. Les mousses métalliques peuvent donc trouver leur place dans le stockage et le transfert d’énergie. Un créneau privilégié par Mota, une PME de 150 personnes située à Aubagne (Bouches-du-Rhône), qui fabrique des systèmes de refroidissement pour les véhicules maritimes et terrestres. « Les mousses métalliques pourraient remplacer les échangeurs thermiques multitubulaires, affirme ­François Rochat, le responsable R & D de Mota. Le procédé du Ctif permet de fabriquer un système complet, en une seule pièce de fonderie, plus léger et plus efficace. »

Le principe ? Le fluide à refroidir – l’huile de moteur, par exemple – emplit les cavités de la mousse qui évacue la chaleur via les brins d’aluminium de la structure. Une application que Mota espère mettre en œuvre pour les engins de chantier, les bus et les camions. « Dans les applications thermiques, les mousses métalliques pourraient aussi servir au stockage de la chaleur issue des panneaux solaires, via l’utilisation de matériaux à changement de phase ou de sels fondus », indique Patrick Hairy. La société Loupi, à Pantin (Seine-Saint-Denis), emploie ces mousses pour favoriser la dissipation de chaleur de ses LED de puissance.

Une étape majeure est en passe d’être franchie et devrait accélérer le passage des mousses métalliques dans la production en série : la modélisation numérique décrivant le procédé de production. Comment le métal s’écoule-t-il en milieu poreux ? À quelle température le porter pour que sa solidification intervienne au bon moment ? « Il s’agit d’un problème multiphasique complexe qui nécessite encore des développements, admet Hervé Duval, le coordinateur du projet Foam pour CentraleSupélec. Et la meilleure compréhension des phénomènes physiques en jeu pourrait démultiplier les applications des mousses métalliques. » ??

Quatre méthodes de fabrication


Par la fonderie Des noyaux en sable sont empilés par strates et placés dans un moule. Le métal liquide s’infiltre dans ce réseau « parfait ». Après solidification, les noyaux sont évacués et laissent place à des cavités communicantes.

Par injection de gaz L’introduction d’un gaz ou d’un agent moussant dans du métal liquide permet d’obtenir une mousse à moindre coût. Principal défaut : la distribution aléatoire des pores, non communicants.

Par dépôt de métal La méthode de dépôt sous vide permet de créer une structure métallique sur un support préexistant, de type polyuréthane. Avantage : la petite taille des pores offre une grande surface spécifique.

Par impression 3 D La structure cellulaire conçue en CAO peut être parfaitement restituée par ce procédé. Mais le temps nécessaire le cantonne à du prototypage ou à des pièces de petites dimensions.

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