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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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Absorption d’énergie
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2. Coût des mousses
C’est très certainement le facteur déterminant pour le développement industriel de ces produits. Actuellement, le coût des mousses métalliques est très variable suivant la nature de la mousse, de son procédé de fabrication et de sa maturité technologique, ainsi que des quantités commandées. Certains fabricants se positionnent sur des produits bruts ou semi-finis (panneaux, tranches mousses, etc.), alors que d’autres proposent la conception d’une solution fonctionnelle intégrant l’utilisation de mousse métallique, offrant ainsi une pièce finie. Enfin, des distributeurs de produits commercialisent en général des mousses métalliques sous forme d’éléments d’assez petite taille.
Évidemment, les prix diffèrent de manière importante suivant les circuits de distribution.
Il est par ailleurs particulièrement difficile de comparer les coûts des différents produits, car l’approche est variable suivant la fonction recherchée pour la mousse métallique, on peut par exemple classer le coût en fonction de :
-
la masse, pour les applications de remplissage et résistance en flexion ;
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l’énergie absorbée, pour les applications de crash ;
-
la surface spécifique, pour les applications électriques ;
-
l’efficacité de l’échange (équilibre surface spécifique et perte de charges), pour les applications thermiques ;
-
la biocompatibilité et une rigidité proche de celle de l’os, pour les applications médicales ;
-
la surface utilisée, pour les panneaux sandwich de mousse utilisés en construction, balistique, souffle.
De plus, certains fournisseurs imposent également un minimum de volume de commandes au regard de leurs coûts annoncés. L’influence du volume de production est illustrée par l’exemple du tableau 1 qui indique que, pour la même mousse d’aluminium réalisée par voie de fonderie, le coût effectif peut varier d’un facteur 6.
2.1 Panneaux sandwich
Il s’agit d’un composite généralement constitué d’une âme en mousse d’aluminium, d’épaisseur centimétrique, entourée de deux panneaux d’aluminium d’épaisseur millimétrique. Les coûts fluctuent, selon les fournisseurs et les produits, mais sont de l’ordre...
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Coût des mousses
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).
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(3) - IFAM - * - . – Cellmet new, http://www.metalfoam.net/cellmet-news_2006-1_net.pdf (2006).
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(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).
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...
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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