"banner top"

Les métaux, vecteurs du développement durable

Au cours des âges, les matériaux ont toujours été étroitement liés à l’aventure humaine. Ils ont mené l’homme à la modernité et lui permettent maintenant de se confronter au défi de la durabilité.

Article au format PDF

L’une des plus belles découvertes de l’homme, c’est ce merveilleux alliage de fer et de carbone qui peut durcir par une opération de trempe. Il s’agit, bien sûr, de l’acier, grâce auquel l’homme, toujours assoiffé de progrès, dispose de nombreux équipements lui assurant la liberté et la mobilité. Sa capacité à mettre en œuvre d’autres métaux, tels que le titane, l’aluminium et le magnésium, lui a permis de conquérir l’espace. Ensuite, en combinant les métaux les uns avec les autres, le métallurgiste a découvert les capacités extraordinaires d’alliages de plus en plus performants.

Durant ces dernières décennies, la science des matériaux s’est principalement illustrée au travers de nouveaux matériaux tels que les composites, les biomatériaux, les revêtements, les matériaux dits intelligents, etc. Il faut saluer ces nouveautés qui changent bien des aspects de notre quotidien. Citons, comme exemples, les tissus de nos équipements de sport, l’allègement de nombreux engins de transport et de sport, la miniaturisation de l’électronique ainsi que la fantastique évolution du secteur de la santé.
A l’heure du développement durable, le principal défi consiste souvent à être perçu comme étant «vert». Or, les métaux possèdent une propriété unique: ils sont recyclables sans dégradation de leur résistance ni de leurs autres propriétés.

Alors qu’actuellement les ingénieurs maîtrisent parfaitement les innombrables applications des alliages métalliques, le commun des mortels, lui, ne soupçonne pas les énormes progrès faits par la métallurgie, tant du point de vue des propriétés que des techniques d’élaboration. Pourtant les alliages métalliques représentent plus de 70% des matériaux utilisés à ce jour.

L’acier est le matériau le plus utilisé dans le monde après le bois. Bien qu’à l’origine de la révolution industrielle, il semblait récemment dépassé par les nouveaux matériaux, plus légers et plus esthétiques. Toutefois, l’acier n’a pas dit son dernier mot ! Preuve en est qu’il est le matériau le plus recyclé dans le monde. Dans certains secteurs, comme celui de l’automobile, 90% de l’acier employé est recyclé, ce qui représente une économie considérable pour l’environnement. A l’échelle mondiale, le recyclage de l’acier permet d’économiser environ 600 millions de tonnes de CO2 par an.

Les métaux non ferreux tels que les alliages d’aluminium ou de cuivre sont également recyclables en boucle ouverte, tant en aval qu’en amont de la chaîne de valeur du produit.

Prothèse de hanche (Photo: Medacta)

Le laboratoire des matériaux de la HESB-TI de Bienne est, depuis longtemps déjà, orienté vers le secteur des matériaux métalliques, surtout dans le domaine des traitements thermiques. Le traitement thermique des métaux permet d’exploiter au mieux les variations des caractéristiques mécaniques et de les adapter aux besoins de la fabrication ou à leur utilisation finale. L’acier en est le meilleur exemple: il est possible de déformer ou d’usiner une pièce à l’état mou et de lui conférer, ensuite, les qualités nécessaires à sa fonction.
Le laboratoire des matériaux possède un équipement moderne et performant, il collabore activement avec d’autres hautes écoles et de nombreuses entreprises.

Voici quelques exemples illustrant les activités du laboratoire des matériaux :

Optimisation de la fabrication de fermoirs pour bracelets de montres haut de gamme: Les aciers inoxydables entrent pour une grande partie dans les composants de l’habillement horloger. Le projet, réalisé dans le cadre du réseau de compétences MatNet, consistait à diminuer le nombre d’étapes de déformation et de recuits intermédiaires. En optimisant le matériau de base, les outillages, les revêtements et les machines, le but fixé a été atteint.

Amélioration de la tribologie sur des prothèses de hanche: Actuellement, la durée de vie des prothèses de hanche est limitée et l’implantation d’une hanche artificielle est pratiquée le plus tard possible.
Le projet, qui réunit plusieurs partenaires industriels et académiques, vise deux objectifs: optimiser l’usure et diminuer le relargage de cobalt dans l’organisme.

Développement d’alliages antifriction sans plomb: Certaines machines sont dotées de systèmes hydrauliques capables de développer des forces énormes. Les paliers et les surfaces de frottement de ces systèmes sont réalisés avec des composants bimétalliques d’acier et de bronze au plomb. Le plomb étant toxique, il est fort probable que l’on aille vers des interdictions. Notre laboratoire travaille, en collaboration avec un partenaire industriel et d’autres écoles (HES-SO, EPFL), sur un projet visant au développement de nouveaux alliages antifriction sans plomb.

Nitruration pour une meilleure sonorité: Si la qualité sonore d’un instrument comporte un fort aspect émotif, les propriétés physiques et mécaniques du matériau dans lequel l’instrument est réalisé sont également déterminantes. Notre laboratoire a étudié un instrument de percussion nommé « HANG » pour déterminer les raisons de l’amélioration sonore par un traitement de nitruration. Il a été démontré que les nitrures formés dans l’acier contribuent favorablement à la durée du son. Un dépôt de brevet est en cours pour cette application.

Toutes ces considérations confirment l’importance des matériaux dans l’évolution de notre qualité de vie et les efforts produits pour atteindre l’objectif d’un développement durable.

Four de traitement thermique sous vide (Photo: Laboratoire des matériaux HESBE-TI)