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Les avions bientôt protégés des nuages de cendres

Posté le par La rédaction dans Matériaux, Biotech & chimie

Le blackout aérien ayant eu lieu il y a tout juste un an lors de l'éruption du volcan islandais Eyjafjallajökull a servi de point de départ à une étude menée par une équipe américaine...

Les recherches auraient abouti à la mise au point d’un nouveau revêtement céramique contenant de l’aluminium et du zirconium, plus résistant aux dégâts potentiels engendrés par les dépôts de cendres dans les réacteurs.

Dans une étude publiée en ligne dans la prévisualisation du journal « Advanced Materials », une équipe de chercheurs a testé deux revêtements développés à l’origine pour empêcher le sable en suspension d’endommager le fuselage d’un avion ainsi que ses réacteurs, et firent une découverte pour le moins intéressante : ces revêtements résistent également aux dégâts causés par les dépôts de cendres.

« Évidemment, il vaut mieux pour l’avion d’éviter, en première instance, de se mettre sur le chemin d’un nuage de cendres », ironise Nitin Padture, éminent professeur en Ingénierie de l’Université d’Ohio State, qui dirigea l’étude. « Ce n’est pas toujours possible. Nous avons remarqué grâce à une batterie de tests que ces revêtements pouvaient offrir une protection suffisante contre de petits dépôts de cendres ayant réussi à pénétrer les réacteurs », explique-t-il.

Cependant, de grosses quantités de cendres peuvent temporairement enrayer les réacteurs de l’avion et les faire caler, rendant ces revêtements de toute façon inopérants ou tout du moins pas très utiles dans des circonstances que l’on pourrait qualifier d’extrêmes.

Comment de la cendre peut-elle bloquer un réacteur ?

Il faut pour cela comprendre que la température atteinte à l’intérieur d’un réacteur peut s’élever à près de 1 400 degrés Celsius. Le revêtement en céramique faisant office de barrière thermique, est un isolant permettant de protéger les pièces métalliques dites « sensibles » du réacteur d’une chaleur trop élevée. La cendre ayant réussi à entrer dans le réacteur fusionne et se mêle au revêtement, le pénétrant en surface. Une fois refroidie, la cendre en fusion se transforme en un verre assez fragile qui, en s’effritant emmène une partie du revêtement avec lui. C’est une histoire que connait bien le professeur Padture, qui était déjà à l’origine de l’invention et de l’élaboration d’une nouvelle composition d’un revêtement permettant de se prémunir de la même manière des dégâts occasionnés par le sable.

Tout comme le sable, la cendre est essentiellement constituée de silice. Lorsque le volcan islandais  Eyjafjallajökull est entré en éruption en avril 2010, il recracha un immense nuage de cendres de silice qui entra en suspension. « La cendre est une menace, de manière très similaire au sable, mais sa composition est très dépendante du type de volcan en éruption. Après ce qu’il s’est passé en Islande, nous voulions voir comment la cendre interagissait avec notre revêtement à barrière thermique, et si les dégâts sous-jacents étaient d’une autre nature. »

L’alumine de zirconium

Les membres de l’équipe de recherche travaillèrent sur trois échantillons de pièces métalliques, protégées par un revêtement céramique qu’ils enrobèrent de cendres provenant de l’éruption d’Eyjafjallajökull. Ils élevèrent la température à un niveau suffisamment élevé à l’aide d’un four à haute température, afin de simuler la chaleur intense dans un réacteur d’avion. Un des échantillons était protégé par le revêtement céramique classique, un autre par celui issu de la formule de Padture, et le dernier par un nouveau revêtement à base de gadolinium et de zirconium.

La cendre en fusion puis refroidie endommagea sérieusement le premier échantillon, alors que les autres revêtements protégèrent parfaitement les pièces métalliques tout en conservant leur structure globale. En observant les coupes, ils virent que les « pores » du revêtement céramique conventionnel, lui permettant de se dilater ou de se contracter en fonction de la chaleur, sont bouchés en profondeur par les cendres, lui empêchant par la suite de s’adapter aux changements de températures et le rendant cassant, ce qui n’est pas le cas de celui issu de la formule du professeur Padture.

Dans la nouvelle formule utilisée par l’équipe, on intègre au revêtement un composé d’aluminium et de zirconium, à base d’oxydes de zirconium et d’aluminium, le zirconium présent à hauteur de près de 20 % renforçant l’aluminium. Les cendres ne peuvent pas pénétrer plus que de manière superficielle, préservant presque toutes les qualités mécaniques et chimiques du composé.

Un bémol toutefois : ce revêtement résistant coûte plus cher que les revêtements conventionnels, bien qu’on puisse penser que le bénéfice matériel soit supérieur à ce surcoût.

Moonzur Rahman

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