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Matériaux et technologies en conception

Matériaux et technologies en conception

Panorama complet et guide de choix des principaux matériaux utlisés dans la conception de produits

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Choix et usage des matériaux

Référence T5100 | Date de publication : 10 juil. 1996 | Yves BRÉCHET, Michael F. ASHBY, Michel DUPEUX, François LOUCHET

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INTRODUCTION

Il est toujours nécessaire, dans toute conception de produit industriel, de choisir le matériau dans lequel l’objet sera réalisé et le procédé utilisé pour sa réalisation. Ce choix est à la fois crucial et difficile. Crucial car de lui dépend la performance de la conception et sa viabilité économique, difficile en raison à la fois de la diversité des matériaux et des procédés possibles, et de la variété des requêtes exigées par la conception.

On estime à 60 000 le nombre de matériaux disponibles et à environ 6 000 le nombre de procédés possibles. Il est impensable que le concepteur soit familier avec plus qu’une petite fraction de cette immense diversité, et la difficulté du choix des matériaux tient en partie à cet hyperchoix des matériaux. Mais, par ailleurs, la variété des requêtes et leurs caractères souvent contradictoires viennent ajouter, à la complexité liée à la multitude des possibilités, celle liée à la difficulté d’énoncer de façon objective les performances recherchées et, plus encore peut-être, celle liée à la difficulté de gérer un choix multicritère.

Il est donc clairement utile, pour pouvoir se guider efficacement dans la variété des choix possibles, de disposer d’une procédure systématique pour sélectionner le procédé et le matériau le mieux adapté à une fonction ou à une pièce donnée. Cette procédure systématique doit être suffisamment générale pour pouvoir être appliquée à des conceptions très variées, et suffisamment transparente pour que l’utilisateur en garde la maîtrise, puisse intervenir au cours de la procédure de sélection et laisser agir sa créativité, son imagination et sa propre expérience.

La méthode de sélection que nous présentons dans cet article ne saurait être comprise comme une structure rigide, mais comme un guide permettant de ne pas écarter a priori des solutions intéressantes mais inhabituelles, comme une méthode permettant d’expliciter de façon objective les requêtes du cahier des charges et de comparer la performance de matériaux très différents entre eux pour une fonction donnée. La question paradigmatique de la sélection des matériaux pourrait être : comment se fait-il que l’on puisse réaliser des ressorts dans des matériaux aussi différents que des caoutchoucs ou des aciers ? Répondre à cette question suppose de pouvoir définir un indice de performance associé à la fonction du ressort, indice de performance qui permette de comparer objectivement deux matériaux aussi différents, et de choisir entre eux en fonction des autres requêtes de la conception.

La méthode de sélection en elle-même doit être suffisamment simple et flexible pour que le concepteur puisse la mettre en œuvre par quelques rapides calculs mais, pour pouvoir choisir efficacement parmi un grand nombre de matériaux et de procédés, il est naturel d’avoir recours à des banques de données et à des logiciels d’aide à la sélection. Dans cet article, nous envisageons à la fois les méthodes de sélection, les aides informatiques existantes, et nous illustrons l’ensemble sur quelques études de cas.

Il existe de nombreux ouvrages traitant de la conception des produits industriels et de la sélection des matériaux [1]Engineering design, a materials and processing approach. [6]Selection and use of engineering materials.. La méthode de sélection que nous présentons dans cet article a toutefois l’avantage d’être systématique et facile à mettre en œuvre [7]Materials selection in mechanical design. ; de plus elle a été maintenant testée sur de nombreux cas concrets : on peut raisonnablement penser que, par l’usage qu’elle fait des aides informatiques, elle deviendra rapidement un outil de base du concepteur.

Reste que la sélection des matériaux et des procédés doit aboutir aussi in fine aux choix d’un fournisseur, d’un agent de mise en œuvre. Cette sélection-là, qui s’appuie sur l’évaluation précise des coûts, des délais de fabrication, de la dépendance vis-à-vis d’un seul fournisseur qu’il est bon d’éviter, est une question souvent autant économique que technique : elle est bien évidemment cruciale pour le fonctionnement sain de l’entreprise, mais sort clairement de l’objectif du présent article.

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