Comprendre tout le potentiel de la mousse métallique
Bien que le métal et la mousse paraissent être des matériaux radicalement différents, la structure cellulaire d’un métal solide comportant des pores remplis de gaz produit ce qu’on appelle de la mousse métallique. Ultra légère, la mousse métallique est également robuste, ce qui en fait un matériau idéal pour toute une gamme d’applications dans les secteurs de l’automobile, de l’aérospatiale et de la santé. L’objectif du projet METFOAM, financé par l’UE, consistait à mieux comprendre le comportement mécanique de ces mousses métalliques. «Ce qui rend les mousses métalliques uniques, c’est leur capacité à transférer efficacement la chaleur, ce qui permet le refroidissement par le flux d’air circulant dans la mousse,» explique Stefan Szyniszewski, coordinateur du projet. «Ce que nous voulions savoir, c’était comment mieux exploiter ces comportements mécaniques au profit d’applications en contexte réel.» Mousse métallique et panneaux sandwich Un point d’intérêt particulier concernait par exemple les panneaux sandwich avec des noyaux en mousse métallique. Un panneau sandwich est une structure composée de trois couches, utilisée dans des applications où la combinaison d’une forte rigidité structurelle et d’un faible poids est nécessaire. L’objectif de cette étude était de trouver des applications où de tels panneaux pourraient se révéler plus performants que des sections en acier conventionnelles. «En substance, nous avons essayé de comprendre un nouveau matériau et de trouver sa place dans des applications infrastructurelles et mécaniques,» explique M. Szyniszewski. «Nous avons découvert que les panneaux sandwich sont en mesure de supporter des charges dix fois plus élevées que les fines plaques d’acier.» Selon Stefan Szyniszewski, de tels panneaux sandwich pourraient ouvrir la voir à une nouvelle génération de poutres de ponts ferroviaires ou de mâts d’éoliennes en éliminant le besoin de plaques de renfort soudées, empêchant le flambage de plaque local. De tels raidisseurs produisent des concentrations de contraintes et nécessitent un entretien périodique car ils sont susceptibles d’être à l’origine de fissures de fatigue. Des défis surmontés Au cours du projet, Stefan Szyniszewski et son équipe ont dû relever plusieurs défis. Par exemple, puisque les panneaux sandwich présentent des problèmes de fiabilité avec des feuilles de surface d’une épaisseur inférieure à 2 mm, les chercheurs ont dû tester un panneau avec une rigidité et une résistance équivalentes à celles de plaques d’acier de 5 mm. Malheureusement, cela impliquait de tester des plaques de la taille d’une cage d’ascenseur, ce qui était tout simplement impossible, le banc d’essai du projet n’ayant qu’une capacité maximum de 100 tonnes. Pour surmonter ce défi, les chercheurs ont testé des plaques individuelles. «Cela nous a obligés à concevoir des éléments spéciaux en mesure de laisser de la liberté de mouvement en rotation tout en nous permettant de transmettre des efforts axiaux importants,» explique M. Szyniszewski. De nouvelles possibilités pour les mousses métalliques Grâce à ces efforts, les chercheurs ont découvert que l’ajout de sphères de céramique dans les mousses métalliques se traduisait par une résistance exceptionnelle à la coupe, ce qui est impossible avec les matériaux bruts conventionnels. «En fin de compte, le projet METFOAM a prouvé que les mousses métalliques pouvaient être utilisées pour produire de nouveaux métamatériaux avec des propriétés innovantes, impossibles à obtenir avec des céramiques ou des métaux bruts,» ajoute Stefan Szyniszewski. Les chercheurs ont également découvert que l’introduction de surfaces poreuses dans les corps non profilés pouvait réduire la traînée aérodynamique. «Par exemple, une surface poreuse faisant face à un écoulement déclenche des turbulences, un peu à la manière des alvéoles à la surface d’une balle de golf,» explique Stefan Szyniszewski. «Un milieu poreux sur le côté sous le vent du corps réduit la pression de base et l’intensité de la turbulence.» Il ajoute que de telles caractéristiques pourraient rendre possible l’utilisation de mousses sur des surfaces externes. Bien que le projet soit maintenant terminé, les chercheurs étudient actuellement des applications de génie civil, comme des poutres de transfert à la résistance extrême au flambage et pour lesquelles l’utilisation de composants de plaques en mousse métallique pourrait être bénéfique.
Mots‑clés
METFOAM, mousse métallique, panneaux sandwich