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RÉSUMÉ
Cet article présente une synthèse de l'utilisation applicative des mousses métalliques, à des stades d'industrialisation variés, depuis le prototype jusqu'à la production de grandes séries. Il décrit les principaux domaines d'emploi et les fonctions spécifiques apportées par les mousses métalliques. Il intègre notamment les matériaux constitutifs, les structures, les particularités, ainsi que des notions de coût de ces produits.
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Yves GAILLARD : Ingénieur École Supérieure de Fonderie (ESFF) - Ingénieur projet, Centre Technique des Industries de la Fonderie (CTIF), Sèvres, France
INTRODUCTION
Les mousses métalliques s’inscrivent dans le groupe des matériaux cellulaires et partagent, de ce fait, certaines de leurs applications fonctionnelles. De nombreux articles de presse présentent régulièrement ces produits comme innovants et prometteurs, souvent en évoquant l’argument de leurs bonnes caractéristiques physiques malgré leur remarquable légèreté.
Dans la réalité, les mousses métalliques existent depuis près d’un siècle, mais ne sont pas encore très développées industriellement, principalement à cause de leurs coûts relativement élevés, ainsi que de la maîtrise restée longtemps imparfaite de leurs procédés de fabrication. Ces procédés ont beaucoup évolué et atteint maintenant leur maturité ; ils peuvent actuellement prétendre à une maîtrise globale des structures des mousses métalliques produites. De ce fait, les applications potentielles de ces matériaux séduisants sont très nombreuses et variées.
L’article dresse, dans un premier temps, un tableau de la situation actuelle et précise l'avancée des développements industriels des mousses métalliques. Il aborde également l’important problème technico-économique concernant les mousses métalliques industrielles et propose des ordres de grandeurs de coûts.
Ensuite, les principaux domaines dans lesquels les mousses métalliques sont actuellement déployées ou potentiellement utilisables (crash, balistique, échanges thermiques ou électriques, isolation phonique/vibratoire, design, médical) sont déclinés, avec présentation de l’intérêt de l’emploi de ces produits par rapport aux solutions existantes. Pour chaque utilisation applicative, les domaines industriels concernés sont précisés et des exemples de prototypes et de réalisations industrielles proposés.
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MOTS-CLÉS
applications mousses métalliques protection thermique électrique médical test de crash fabrication de batteries d'accumulateurs
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3. Absorption d’énergie
L’absorption d’énergie est l’un des domaines d’applications privilégié pour l’utilisation de matériaux cellulaires et, plus particulièrement, des mousses métalliques. Il s’agit généralement de tirer profit du comportement particulier de ce type de matériau mis en évidence par sa courbe de compression (figure 1) très caractéristique, et qui comporte trois zones distinctes :
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la zone 1 correspond à un comportement normal du matériau à la compression. Elle peut comporter vers sa fin un pic, généralement considéré comme néfaste, car il impose temporairement un niveau de contrainte élevé ;
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la zone 2 est la zone spécifique et intéressante de la courbe. Elle correspond à l’effondrement successif des différentes cellules de la mousse d’où l’allure parfois irrégulière de la courbe de compression. Cette contrainte, quasi-constante de l’effort dans cette zone, est généralement désignée comme contrainte « plateau ». Elle est très inférieure à la valeur intrinsèque du matériau de base constitutif des cellules. La mousse métallique permet ainsi d’absorber de l’énergie mécanique régulièrement, pour des niveaux de contraintes assez faibles qui restent compatibles avec les fonctions de protection envisagées. Il peut s’agir, par exemple, du maximum supportable par l’humain dans le cas d’un crash automobile ;
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dans la zone 3, la mousse métallique a été complètement comprimée, on retrouve alors un comportement proche de celui du matériau de base.
Le matériau constitutif de la mousse peut se révéler parfois fortement impacté par le procédé de fabrication, qui peut modifier sa structure (vitesse de solidification) et induire des défauts locaux, comme des oxydes, des inclusions, des manques matière, etc. Le matériau résultant présente alors des caractéristiques significativement différentes de celles du matériau de base.
L’utilisation des mousses métalliques pour l’absorption d’énergie a pour but principal de faire travailler le plus grand volume de mousse possible afin de tirer le meilleur parti du matériau. Les solutions pour y parvenir font appel à des conceptions spécifiques suivant...
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Absorption d’énergie
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ASHBY (M.F.), EVANS (A.G.), FLECK (N.A.), GIBSON (L.J.), HUTCHINSON (J.W.), WADLEY (H.N.G.) - Metal foams : a design guide - Boston : Butterworth-Heinemann (2000).
-
(2) - BANHART (J.) - Manufacture, characterisation and application of cellular metals and metal foams - Progress in Materials Science 46 pp., 539-632 (2001).
-
(3) - IFAM - * - . – Cellmet new, http://www.metalfoam.net/cellmet-news_2006-1_net.pdf (2006).
-
(4) - BANHART (J.) - Industrialisation of Aluminium Foam Technology - Proceedings of the 9th International Conference on Aluminium Alloys (2004).
-
(5) - DAIRON (J.), GAILLARD (Y.), TISSIER (J.-C.), BALLOY (D.), DEGALLAIX (G.) - Parts Containing Open-Celled Metal Foam Manufactured by the Foundry Route : Processes, Performances, and Applications - Advanced Engineering Materials, Special Issue : Cellular Materials Volume 13, Issue 11, 1066-1071 (2011).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Site référent :
Revendeurs de mousses métalliques :
http://www.goodfellow.com/catalogue/GFCatalogue.php?Language=F
http://www.krreynoldscompany.com/Duocel-Data-Sheet-s/46.htm
http://www.tomo-e.co.jp/e/product/functional/aluminiumfoam.html
http://www.stylepark.com/fr/alcarbon/alporas-ac-nature
Fournisseurs de panneaux sandwich intégrant des mousses métalliques :
http://en.metalfoam.de/metalfoam/
http://www.isotechinc.com/foamed-aluminum.htm
http://fr.made-in-china.com/co_chinabeihai/product_group_Aluminum-Composite-Panel_ugnsusssss_1.html...
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