Une cuisson rapide des céramiques grâce à la technologie des micro-ondes à haute température

Après son doctorat à l’École des Mines de Saint-Étienne dans le domaine des matériaux céramiques, Sébastien Saunier est recruté en 2006 comme enseignant-chercheur afin de développer un nouveau concept de cuisson des céramiques. Une dizaine d’années lui sera nécessaire pour maîtriser un procédé de fabrication des céramiques à l’aide de micro-ondes. C’est en rencontrant un prothésiste qu’il découvre que sa technologie pourrait intéresser le milieu de la dentisterie. Après une étude de marché, il crée en 2018 la start-up Opti’Waves, spécialisée dans la cuisson micro-ondes à haute température. Depuis septembre, la société commercialise un four spécialement adapté à la cuisson rapide des prothèses dentaires en zircone. Rencontre avec cet entrepreneur et enseignant à l’École des Mines de Saint-Étienne.

Techniques de l’Ingénieur : Quelle est l’origine de votre nouvelle technologie ?

Sébastien Saunier : Face à l’augmentation du coût de l’énergie, nous avons décidé, avec l’École des Mines, de développer un procédé de cuisson des céramiques qui allie rapidité et économie d’énergie. Les techniques actuelles de cuissons sont très énergivores. À la base, les céramiques techniques sont couramment fabriquées à partir de l’alumine et de la zircone, deux oxydes qui se présentent sous la forme de poudre. Le compactage de cette poudre permet la mise en forme d’une pièce qui a alors la consistance d’une craie très friable et poreuse, de l’ordre de 50 %. Grâce à un processus de cuisson en dessous de la température de fusion, entre 1 500 à 1 600 degrés, également appelé densification, la pièce devient totalement dense. Les techniques conventionnelles de chauffage reposent sur l’utilisation de fours résistifs à l’aide de résistances chauffantes ou de fours à gaz. Les céramiques possédant une forte isolation thermique, la cuisson est longue car il est nécessaire de laisser le temps à la chaleur de pénétrer jusqu’au cœur du matériau. Nous avons décidé d’utiliser la technologie des ondes micro-ondes à haute température pour accélérer la vitesse de cuisson.

Comment fonctionne votre procédé de cuisson ?

Nous avons développé un four à micro-ondes qui fonctionne à une fréquence de 2,45 GHz, la même que celle des fours à micro-ondes ménagers. Par contre, les puissances utilisées sont plus élevées et sont comprises entre 1,5 à 6 KW en fonction du nombre et de la taille des pièces que l’on souhaite cuire. Contrairement aux aliments qui réagissent bien aux micro-ondes, car ils contiennent de l’eau, l’utilisation de cette technologie pour les céramiques est beaucoup plus difficile, car elles n’en contiennent pas. Les ondes électromagnétiques à haute fréquence entraînent un déphasage des défauts de structure de la céramique et vont provoquer des frottements et donc un échauffement. L’utilisation à la fois de la fréquence et de la puissance va produire une montée en température jusqu’à 1 600 degrés et permettre la cuisson. Alors qu’avec les chauffages conventionnels, la chaleur vient de l’extérieur puis doit pénétrer au cœur de la céramique, ici c’est le matériau lui-même qui est à l’origine de la montée en température grâce à sa réaction aux micro-ondes. La vitesse de cuisson est ainsi beaucoup plus rapide tout en obtenant une micro-structure du produit final homogène.

Quels sont les avantages de votre innovation ?

Le premier intérêt se situe au niveau du temps de chauffage. Nous avons développé un four à micro-ondes spécialement adapté aux prothésistes, qui permet la cuisson de prothèses dentaires en zircone en 1 heure ou 1h30 alors que les fours traditionnels nécessitent un temps de chauffage compris entre 8 et 15 heures. Ensuite, notre technologie permet de réaliser des économies d’énergie. Nous avons calculé que la facture énergétique pouvait être divisée par six, si l’on compare notre four avec ceux actuellement en service dans le milieu de la dentisterie. Notre procédé apportera également plus de flexibilité aux prothésistes, car actuellement ils regroupent les commandes et attendent parfois plusieurs jours avant de lancer un cycle de cuisson, ce qui rallonge les délais de fabrication des prothèses. Notre technologie permet également une cuisson plus homogène qu’avec un four traditionnel, ce qui permet de garantir des prothèses de haute qualité.

Quels sont les marchés potentiels ?

Nous sommes spécialisés dans la cuisson micro-ondes à haute température. Notre société Opti’Waves a été créée en 2018 et nous avons mis deux ans à concevoir un four de 45 kg spécialement adapté à la fabrication de prothèses dentaires en céramique, facile d’utilisation et qui répond pleinement aux attentes des prothésistes. Nous le commercialisons depuis septembre grâce à la mise en place d’un réseau de distribution national. Le dentaire représente notre premier marché applicatif, mais notre solution peut aussi intéresser d’autres domaines. Par exemple, celui de la mode et du luxe avec la fabrication de bijoux ou de pièces d’horlogerie comme des verres de montre en céramique. L’automobile représente un marché potentiel avec les bougies d’allumage, dont la partie blanche est en céramique. D’autres secteurs comme celui de l’aéronautique ou de la défense avec la balistique sont aussi des marchés cibles. Enfin, si l’on reste dans le domaine de la santé, certaines prothèses de hanche sont également fabriquées en céramique. Actuellement, nous nous intéressons aux céramiques, mais notre savoir-faire peut s’appliquer à d’autres matériaux qui nécessitent une cuisson à haute température comme le verre, le métal… Notre société compte dix salariés dont une grande proportion d’ingénieurs, car la recherche et le développement sont dans l’ADN de notre structure. Nous comptons développer notre technologie sur d’autres marchés applicatifs.