Application des lasers aux traitements de surface

Le laser utilisé comme outil pour induire des transformations dans les matériaux, notamment dans le domaine des traitements de surface, est une technologie innovante « jeune ». Si l’essentiel des idées d’utilisation des effets de l’interaction laser – matériaux sont avancées depuis près de vingt ans, leur mise en pratique sur des sites de production industrielle nécessite, d’une part d’améliorer la compatibilité de la technologie des sources et des systèmes avec les contraintes liées au monde industriel (fiabilité, maintenance, formation des équipes, baisse du coût des sources,...), et d’autre part de poursuivre les efforts en vue de la maîtrise des applications (connaissances des phénomènes de base, élaboration de cahier des charges de système laser, méthodes de contrôle et d’assurance qualité...). Enfin, le transfert nécessite également une adaptation et une maturation des acteurs industriels. C’est effectivement cette maturité de l’offre, des connaissances scientifiques et de la demande qui marque l’évolution actuelle de la diffusion des applications des lasers de puissance dans l’industrie.

Le marché mondial des ventes de sources laser, après une très forte croissance dans les années 80, se caractérise aujourd’hui par une stabilisation, qu’il convient d’interpréter comme un indicateur de maturité. Le marché des sources laser en vue d’applications industrielles aux transformations des matériaux ne représente que 20 à 25 % du marché total des sources ; néanmoins, il génère un marché de systèmes intégrant une source laser dont le volume est 4 à 5 fois supérieur. Les applications à la découpe, au perçage et au marquage sont les plus développées. Le domaine du soudage est actuellement celui pour lequel les efforts de transfert vers l’industrie sont les plus intenses. Les applications aux traitements de surface (hors marquage) ne représentent encore qu’un très faible pourcentage des installations industrielles mais leur potentiel de développement apparaît cependant important ; elles font l’objet de nombreuses recherches en laboratoire. Ces applications devraient en effet conduire à terme à une optimisation des propriétés des matériaux avec un coût d’élaboration modéré et à une optimisation des gammes de fabrication en profitant des capacités de traitements localisés pouvant intervenir en fin de gamme. Comme exemple de transferts industriels de traitements de surface par laser, on peut citer, entre autres, les traitements avec apport de poudre sur les encoches de chapeaux d’aubes de turbines [2] ou de sièges de soupapes pour moteur automobile [3]. Pour développer les applications des lasers de puissance aux traitements de surface, il apparaît nécessaire de poursuivre les efforts :

• en menant une recherche de base prenant étroitement en compte les enjeux et exigences industriels. Ces dernières peuvent être sévères si le traitement doit être réalisé en fin de gamme sur un produit à forte valeur ajoutée (exemple de la refusion des arbres à cames dans le secteur automobile pour lequel le laser se présente comme une alternative possible au procédé TIG) ;

• en informant les ingénieurs concepteurs que le succès du transfert de la technologie nécessite de prendre en compte, dès la phase de conception des pièces, les spécificités de la technologie laser.

Le présent article présente dans cet esprit un panorama des possibilités de traitements de surface par laser en insistant à la fois sur les recherches en cours et sur les possibilités d’applications connues dans différents secteurs industriels (aéronautique, automobile, construction mécanique,...).