Les mousses métalliques étaient à l’honneur, le 10 mars 2016 à Chaville !

La journée du 10 mars co-organisée par CTIF et CentraleSupélec à l’Atrium de Chaville était consacrée aux mousses métalliques, et notamment à la restitution et aux perspectives offertes par le projet FOAM (Convention ANR FOAM N° RMNP-018) qui a été conduit entre 2011 et 2015 et qui portait sur la modélisation et la fabrication de mousses métalliques stochastiques ou régulières, d’aluminium (pur ou allié), d’acier ou de cuivre obtenues par voie de fonderie pour des applications multifonctionnelles. Ce projet était coordonné par CTIF et en partie financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR).

Au-delà du projet désormais achevé, cette journée a démontré aux fondeurs, aux industriels, aux universitaires, et/ou aux chercheurs et aux étudiants qui étaient venus nombreux à Chaville (près d’une centaine), le fabuleux potentiel technico-économique des mousses métalliques. L’accent a particulièrement été mis sur les mousses régulières qui séduisent davantage les industriels en raison de la répétabilité du procédé, des grandes variétés de forme pas seulement sphériques qu’elles autorisent, de la possibilité d’obtenir une plus grande variété de taux de porosités qu’avec les mousses stochastiques dans bien d’autres domaines très divers encore inexplorés ou seulement émergents.

Des exemples de mousses métalliques exposées ont suscité un grand intérêt des participants

Le projet FOAM

Au cours de ce projet, les partenaires universitaires du consortium et CTIF ont développé des modèles de comportement mécanique notamment en compression (Centre des Matériaux MinesParisTech à Armines  en collaboration avec l’INSA de Lyon – laboratoire Mateis), de comportement thermo-hydraulique (IUSTI), des outils de simulation et  des modélisations de l’infiltration et de la solidification du métal liquide à l’échelle microscopique ou macroscopique (CentraleSupélec), des outils métiers (logiciel SmartFOAM de CTIF). Les chercheurs de l’INSA de Lyon (laboratoire Mateis), ont utilisé la tomographie pour analyser la microstructure (taille de pores, anisotropie, taux de porosité) et les défauts des mousses (notamment les retassures).

Tous ces travaux ont permis aux industriels partenaires du consortium (Areva TN, Mota et Mersen) de pouvoir dimensionner et réaliser des démonstrateurs industriels. Ce projet a contribué à améliorer les procédés de caractérisation, de conception et de réalisation des mousses (basé sur l’infiltration d’une préforme – noyaux poreux – par du métal liquide). Les partenaires se sont penchés plus particulièrement sur deux applications dans le domaine des échanges thermiques et de l’absorption d’énergie en cas de choc afin de valider (ou non) leur faisabilité industrielle au moyen de démonstrateurs.

Les contributions des universitaires

Paul-Henri Renard,(photo ci-dessous) Directeur général de CTIF,  a évoqué le potentiel des mousses métalliques et leurs principales applications.

Il a rappelé que les travaux sur les mousses stochastiques et régulières ont débuté à CTIF en 2004, et que plusieurs brevets ont été déposés et des licences accordées à des industriels.

Les principaux résultats des travaux du projet FOAM ont été présentés successivement par les différents partenaires. Eric Maire de l’INSA de Lyon (laboratoire Mateis) a présenté la tomographie aux rayons X pour la caractérisation de matériaux cellulaires métalliques, Hervé Duval de CentraleSupélec la simulation multi-échelle du procédé de fabrication des mousses métalliques par voie de fonderie et Yves Bienvenu Centre des Matériaux MinesParisTech » à Armines la caractérisation des mousses métalliques FOAM, leur constitution, leur microstructure et leur comportement en compression.

En parallèle aux conférences, les participants ont pu observer des mousses régulières ou stochastiques de pièces (table bulle, échangeur thermique à ailettes, pièce de structure, pièce de design décorative, crash box etc…) en mousses principalement en aluminium mais également en fonte, en acier, et en composite aluminium-céramique réalisées par CTIF. Le démonstrateur d’essai d’un échangeur thermique en  mousse d’aluminium de la société Mota, destiné au refroidissement de ses moteurs marins, était également exposé.

Les témoignages des industriels

Des témoignages et retours d’expériences des industriels partenaires du projet FOAM ont complété les exposés des universitaires.

Charlotte Kalck, a présenté Areva TN, société spécialisée dans la fabrication, le transport et l’entreposage d’emballages de matières radioactives, et les conteneurs. Céline Joannan, quant à elle, a illustré l’intérêt des mousses métalliques chez Mersen, expert mondial des spécialités électriques et des matériaux avancés, notamment pour la dissipation d’énergie lors d’un transfert de puissance et pour l’allègement qu’elles procurent dans le secteur du transport ferroviaire. François Rochat, pour sa part, a montré l’intégration réussie et effective du procédé de fonderie de fabrication des mousses CastFoam^® de CTIF (en l’occurrence de mousses d’aluminium) dans une fonderie du groupe Mota afin de développer un échangeur thermique. L’utilisation de mousses d’aluminium a permis de remplacer un faisceau de tubes par un échangeur monobloc et de gagner en intégration de fonctions.

Les présentations de CTIF

Après avoir rappelé le principe de fabrication des mousses CTIF par empilement et assemblage de noyaux en  sable siliceux et infiltration de la préforme par du métal liquide ainsi que les principales applications thermiques (échangeurs, conduction) et mécaniques (« crash » ou amortissement des chocs) des mousses dans le cadre de FOAM, Didier Tomasevic, ingénieur conception et Yves Gaillard, ingénieur R&D spécialisé en alliages non ferreux ont présenté le logiciel SmartFOAM mis au point par CTIF qui regroupe de manière opérationnelle les données scientifiques et techniques du projet et dans lequel ont été implémentés les règles métier fonderie et le pré-dimensionnement fonctionnel (mécanique et thermique) des mousses. Ainsi, en entrant un certain nombre de paramètres dans la base de données en fonction des besoins du donneur d’ordres, le concepteur peut déterminer la mousse à fabriquer.

Patrick Hairy, pilote ingénierie et projets à CTIF, quant à lui, a passé en revue les nouveaux marchés des mousses métalliques CTIF au-delà du projet FOAM en les classant par propriétés (mécaniques, physiques, thermiques) et leurs principales applications.

Yves Gaillard, pour sa part, a présenté les derniers développements technologiques des mousses CTIF en soulignant l’intérêt des mousses quand on recherche des propriétés quasi-isotropes. Il a affirmé qu’il est aisé de modifier la forme des brins de mousses régulières (triangle, rectangle, rond) et de gérer l’anisotropie afin de les adapter aux besoins de l’utilisateur : en partie dans le cadre de FOAM, CTIF a, en effet, réalisé, par exemple, des mousses régulières aux cellules allongées testées par l’IUSTI, ce qui a permis d’améliorer leur rendement thermique (exemple d’application pyramide, colonne de distillation en chimie, dissipation de chaleur par convection naturelle).  Il a conclu que le procédé de fabrication des mousses métalliques pouvait faire appel au moulage coquille pour des séries importantes,  à la cire perdue pour des formes et des dimensions réduites, à  la fabrication additive qui permet une totale liberté de forme ou à la basse pression qui autorise une grande liberté de remplissage pour les alliages d’aluminium.

Clotilde Macke, directrice Conseil & Innovation de CTIF, a conclu cette rencontre en formulant le vœu que cette journée soit une source d’inspiration pour l’emploi de différents matériaux, de différentes tailles de mousse pour une grande diversité d’usages. Elle a, en outre, souligné l’expertise éprouvée de CTIF dans le développement de mousses « sur mesure ».

Rédaction : Claude Chancelier, CTIF

Contact : Patrick Hairy