Flexion

2.1 - Panneaux sandwich
2.2 - Classement des coûts par masse

3 - Absorption d’énergie

3.1 - Crash
3.2 - Choc balistique et protection anti-explosion

4 - Flexion

4.1 - Intérêt des mousses
4.2 - Domaines industriels concernés
4.3 - Exemples commerciaux, prototypes

5 - Applications thermiques

5.1 - Échange thermique (avec liquide ou gaz)
5.2 - Transfert thermique

6 - Isolation phonique et vibratoire

6.1 - Phonique
6.2 - Vibratoire

7 - Médical

7.1 - Intérêt des mousses
7.2 - Domaines industriels concernés
7.3 - Exemples d’implants in vivo et ex vivo

8 - Applications électriques

8.1 - Intérêt des mousses
8.2 - Domaine industriel concerné
8.3 - Exemples commerciaux, prototypes

9 - Support catalytique

9.1 - Intérêt des mousses
9.2 - Domaines industriels concernés
9.3 - Exemples commerciaux, prototypes

10 - Design

10.1 - Intérêt des mousses
10.2 - Domaines industriels concernés
10.3 - Exemples commerciaux, prototypes

11 - Autres domaines pour les mousses métalliques

11.1 - Applications de filtration
11.2 - Composite mousse / matériau changement de phase
11.3 - Séparateurs air / huile
11.4 - Applications d'atténuation et diffusion d'un flux, d'arrêt de flamme

12 - Conclusion

13 - Glossaire

Bibliographie & annexes

Présentation

RÉSUMÉ

Cet article présente une synthèse de l'utilisation applicative des mousses métalliques, à des stades d'industrialisation variés, depuis le prototype jusqu'à la production de grandes séries. Il décrit les principaux domaines d'emploi et les fonctions spécifiques apportées par les mousses métalliques. Il intègre notamment les matériaux constitutifs, les structures, les particularités, ainsi que des notions de coût de ces produits.

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Auteur(s)

Yves GAILLARD : Ingénieur École Supérieure de Fonderie (ESFF) - Ingénieur projet, Centre Technique des Industries de la Fonderie (CTIF), Sèvres, France

INTRODUCTION

Les mousses métalliques s’inscrivent dans le groupe des matériaux cellulaires et partagent, de ce fait, certaines de leurs applications fonctionnelles. De nombreux articles de presse présentent régulièrement ces produits comme innovants et prometteurs, souvent en évoquant l’argument de leurs bonnes caractéristiques physiques malgré leur remarquable légèreté.

Dans la réalité, les mousses métalliques existent depuis près d’un siècle, mais ne sont pas encore très développées industriellement, principalement à cause de leurs coûts relativement élevés, ainsi que de la maîtrise restée longtemps imparfaite de leurs procédés de fabrication. Ces procédés ont beaucoup évolué et atteint maintenant leur maturité ; ils peuvent actuellement prétendre à une maîtrise globale des structures des mousses métalliques produites. De ce fait, les applications potentielles de ces matériaux séduisants sont très nombreuses et variées.

L’article dresse, dans un premier temps, un tableau de la situation actuelle et précise l'avancée des développements industriels des mousses métalliques. Il aborde également l’important problème technico-économique concernant les mousses métalliques industrielles et propose des ordres de grandeurs de coûts.

Ensuite, les principaux domaines dans lesquels les mousses métalliques sont actuellement déployées ou potentiellement utilisables (crash, balistique, échanges thermiques ou électriques, isolation phonique/vibratoire, design, médical) sont déclinés, avec présentation de l’intérêt de l’emploi de ces produits par rapport aux solutions existantes. Pour chaque utilisation applicative, les domaines industriels concernés sont précisés et des exemples de prototypes et de réalisations industrielles proposés.

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MOTS-CLÉS

applications mousses métalliques protection thermique électrique médical test de crash fabrication de batteries d'accumulateurs

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-n3802

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4. Flexion

Dans ce type d’application, la mousse n’est pratiquement jamais seule, mais utilisée en complément d’un support plus rigide. Il s’agit le plus souvent de panneaux utilisant des structures sandwich bi-matériaux, mais d’autres formes existent également, comme par exemple des tubes.

Ces structures tirent profit de l’augmentation du module de l'élément soumis à la flexion. Ce module étant proportionnel au carré de l’épaisseur du sandwich, il permet ainsi d’obtenir de grandes résistances à la flexion pour de faibles épaisseurs des tôles de surface. Cette propriété est connue et appliquée dans de nombreux autres domaines, comme par exemple les structures de cloisons dans le bâtiment.

4.1 Intérêt des mousses

Si la mousse métallique seule ne présente pas des caractéristiques en flexion remarquables, elle devient très intéressante lorsqu’elle est rigidifiée par une forme qui l’enveloppe. En effet, bien que les mousses métalliques ne soient pas réellement isotropes, leurs caractéristiques mécaniques sont néanmoins assez peu variables suivant les différentes directions et le produit obtenu est remarquablement rigide et léger. Ces structures entrent en compétition avec les panneaux en nid d’abeille et possèdent comme eux de bonnes caractéristiques d’absorption d’énergie et de résistance à l’indentation. Si la résistance d’une structure en nid d’abeille est principalement pilotée par la taille des cellules qui la composent, celle d’un panneau de type AFS (aluminium foam sandwich) dépend essentiellement de la qualité de la mousse métallique constitutive de son âme. La figure 5 illustre les tendances de comportement comparé des deux matériaux, à structure équivalente (1 mm de tôle et de 9 mm d’âme), lors d’un essai de flexion statique 3 points.

Les formes tubulaires ...

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