Dossier

08 : Mécanique, acoustique et matériaux

08 : Mécanique, acoustique et matériaux

Des enjeux pour tous les secteurs industriels

Les composites : des matériaux à renforts 3D et à renforts végétaux

Les enjeux actuels et futurs en termes de rapport "performance / coût" des secteurs de l’aéronautique, du transport terrestre et naval imposent l’utilisation de matériaux innovants répondant à des exigences structurales et fonctionnelles. Le développement des matériaux composites* à renfort 3D, domaine dans lequel l’UTC possède une expérience forte de plus de 15 ans, est une réponse pertinente à ces enjeux. Alors que les précédentes générations (renfort 1D et 2D) souffraient de carences des propriétés mécaniques dans la troisième direction de l’espace, ce renforcement 3D hors plan des tissus dits "techniques" vient ainsi proposer de nouvelles et plus nombreuses configurations architecturales (préformes) des matériaux composites. Les contraintes environnementales poussent également les industriels à développer des matériaux composites à renforts végétaux. Les fibres traditionnellement utilisées dans les renforts des composites (fibres de verre, carbone, …) se voient substituer par des fibres naturelles d’origine végétale issues des plantes ou de la cellulose (fibres de bois, chanvre, …), offrant des propriétés adaptées : faibles densités, bonnes propriétés mécaniques, faibles coûts…

* Un matériau composite est constitué d’une ossature appelée renfort qui assure la tenue mécanique et d’une protection appelée matrice qui assure la cohésion de la structure et la retransmission des efforts vers le renfort.

Les biomatériaux ou l’interaction cellule-matériau

L’intégration des implants métalliques orthopédiques ou dentaires dans le tissu osseux est essentielle à leur pérennité. A ce jour, les implants intra-osseux sont de plus en plus utilisés, notamment à cause du vieillissement de la population. Reste qu’ils bénéficient d’une durée de vie relativement courte, ce qui oblige souvent à les retirer et les remplacer. En conséquence, l’amélioration de l’intégration des biomatériaux dans le tissu osseux est devenue un des challenges dans le domaine de la biomécanique. Le laboratoire Roberval développe ainsi une méthode de préparation d’implants métalliques à usage dentaire et orthopédique : l’électroérosion. Cette méthode, également appelée EDM (Electrical Discharge Machining), consiste, au moyen de décharges électriques, d’enlever de la matière dans une pièce, permettant ainsi son découpage en formes complexes. On parle aussi d’usinage par étincelage. Cette technique présente l’avantage, par rapport aux autres techniques, de permettre en une seule manipulation la préparation d’une surface avec une rugosité à priori favorable à l’ancrage osseux.

Les métaux face à la corrosion

Plusieurs mécanismes peuvent être, on le sait, à l’origine de l’usure et la détérioration des matériaux : présence d’un agent corrosif, sollicitations thermiques, mécaniques… Or, les matériaux métalliques par exemple doivent, pour être utilisés à haute température, conserver des propriétés mécaniques suffisamment importantes pour résister aux sollicitations en utilisation, et résister à la corrosion par l’environnement, qui conduit le plus souvent à une modification physico-chimique et une véritable "consommation de métal" à la surface du matériau. Il en résulte des variations dimensionnelles des pièces concernées qui peuvent limiter leurs durées de vie (d’autant plus que ces phénomènes de corrosion sont rapides), même si les produits de corrosion séparant l’alliage métallique de son environnement agressif peuvent également contribuer à protéger l’alliage d’une corrosion ultérieure. Des travaux de recherche du laboratoire Roberval se positionnent ainsi à l’interface de ces deux problématiques à travers la caractérisation de la tenue mécanique des alliages métalliques sous sollicitation thermique et leur résistance à la corrosion par les gaz.