mardi

Matériaux éco-conçus : une solution pour l'environnement ?


L'éco-conception alongtemps faire figure, à l'instar des produits "bio" ou des produits recyclables, d'un effet de mode sans réel impact. Ce n'est plus le cas aujourd'hui, et l'innovation dans ces secteurs offre de réelles perspectives en termes de marché. Explications.
Le cycle de vie des produits est aujourd'hui un réel enjeu pour les fabriquants, et une valeur ajoutée du produit à part entière.
Un produit éco-conçu est un produit pour lequel le bilan écologique global ou l'impact sur l'environnement et sur la santé humaine est positif sur l'ensemble du cycle de vie, pour une même utilisation, avec des coûts maîtrisés et un degré comparable de satisfaction pour le consommateur. L'éco-conception suppose donc une démarche globale qui intègre le respect de l'environnement dans la conception même des produits ou des services, de l'extraction des matières premières au traitement des déchets.
Les décisions politiques, comme la RT 2012, et la pression "écologique" populaire, entraine les fabricants à se tourner vers l'éco-conception de leur produit, et pas uniquement pour des raisons d'image. Ainsi, la mise en place de la RT2012, qui consacre l'approche thermique globale et non plus élément par élément, est une incitation supplémentaire pour les fabricants à se tourner vers ces types de conception.
Enfin, sur le plus long terme, les pouvoirs publics vont légiférer dans le sens d'une réduction du contenu en carbone généré tout au long du cycle de vie du bâtiment, et plus largement les impacts énergétiques, environnementaux et sanitaires des composants du bâtiment et des méthodes de construction et de conception.
Les produits éco-conçus devraont donc, dans les années à venir, relever trois défis :
Développer des matériaux toujours plus performants sans pour autant augmenter la masse de matière utilisée ;
ACV : prévoir dès la conception la fin de vie des matériaux et produits ;
Assurer la durabilité des matériaux tout préservant moins nocifs pour l'environnement.
Les défis résident donc dans le choix de matériaux les plus neutres possibles pour l'environnement, mais également plus performants que ceux utilisés actuellement. L'intégration des ACV, en amont et en aval, ce qui est en soi révolutionnaire, change du tout au tout la réflexion autour de la conception d'un produit.
On comprend que le choix des matériaux devient un enjeu crucial, et entre dans la prise en compte de nouveaux défis pour les fabriquants : des objectifs d'éco-conception pour réduire les quantités d'énergie et de matières utilisées, des utilisations plus extensives de matériaux recyclés ou d'origine renouvelable (les démarches sur le béton vert illustrent cette tendance).
De plus en plus de fabricants mettent en place des filières de démontage et de recyclage, ce qui illustre bien cette tendance. Le marché est réel, et le potentiel de retour sur investissement souvent sous-évalué.
L'impact sur la santé, enjeu fondamental
Prenons l'exemple du domaine du bâtiment : La qualité sanitaire des bâtiments, en particulier, la qualité de l'air et de l'eau, sont des enjeux majeurs. Il faut, d'une part, assurer aux habitants des futurs logements construits une qualité de l'air et une santé préservée sur le long terme. Mais il faut également préserver la santé des ouvriers qui appliquent ces produits. Ces deux notions, qui paraissent incontournables aujourd'hui, paraissaient optionnelles il n'y a pas si longtemps.
C'est d'ailleurs pour cela que les réglementations concernant certains produits se développent : un nouveau décret n° 2011-321 a été publié en Mars 2011, relatif à l'étiquetage des produits de construction, de revêtement de murs et de sols, des peintures et vernis sur leurs émissions de polluants volatils. Son entrée en application le 1er janvier 2012 concerne tous les nouveaux produits et à partir du 1er septembre 2013, elle concernera des produits déjà présents sur le marché.
Par exemple, les industriels de la peinture, de vernis, les fabricants de revêtements ont réduit les émissions de Composés Organiques Volatils (COV) de leurs produits pour se mettre en conformité avec les exigences réglementaires depuis le 1er janvier 2010. Les autres secteurs vont suivre.
Par Pierre Thouverez

samedi

Des nanoparticules métalliques pour traiter les effluents industriels


Les perturbateurs endocriniens, comme le bisphénol A ou l’atrasine par exemple, se retrouvent dans les effluents industriels en quantités importantes. Des solutions existent pour les dégrader, mais des recherches ont mis en évidence les propriétés de nanoparticules métalliques capables de réaliser cette dégradation avec plus d’efficacité. Aussi, ces nanoparticules ont l’avantage d’être recyclables. Explications.
[Publié le 30/06/2010]
Récompensé dans la catégorie Techniques innovantes pour l’Environnement mais non récompensé lors du dernier salon Pollutec, le projet mené par l’équipe Chimie Organique et Supramoléculaire de l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes pourrait offrir de nouvelles perspectives en matière de traitement des effluents industriels. Les perturbateurs endocriniens, de part leur mode d’action et leur présence ubiquitaire dans l’environnement, sont potentiellement nocifs pour les populations animales et humaines. Cependant, les stations d’épuration reçoivent un large spectre de ces composés provenant de sources variées, et notamment des eaux usées industrielles, effluents de ferme, lixiviats de décharge...

Les méthodes actuelles pour traiter ces composés, parfois photorésistants, sont constituées de trois étapes : ozonation, chloration, et oxydation. Mais ces procédés ont une efficacité ciblée, qui s’applique aux grands volumes peu concentrés. Hors, les effluents industriels ont des caractéristiques opposées, c’est-à-dire plus concentrées en composés aromatiques et réduits à des petits volumes.
Proposer une alternative pour le traitement des composés photorésistants
Alain Roucoux, qui travaille sur ce projet au sein de l’équipe Chimie Organique et Supra moléculaire, nous explique l’intérêt d’utiliser des nanoparticules pour le traitement et la dégradation des perturbateurs endocriniens. "Les propriétés des nanoparticules que nous utilisons correspondent plus à ce types d’effluents, où les perturbateurs endocriniens se retrouvent avec des concentrations plus importantes. Concrètement, nous développons des catalyseurs à base de nanoparticules métalliques, dont l’utilisation offre des avantages en termes de recyclage. Ces nanoparticules permettent de réduire les composés aromatiques sous hydrogène avec une grande efficacité. Il est important d’arriver à proposer une alternative pour le traitement des composés photorésistants. Mais nous n’en sommes qu’à une phase de tests."
En effet, dans le contexte environnemental actuel, la mise au point de catalyseurs supportés à base de nanoparticules métalliques, efficaces même à faible charge et recyclables constitue une alternative intéressante répondant aux critères de technologies propres et adaptée aux cibles que constituent les perturbateurs endocriniens aromatiques. Ces  perturbateurs endocriniens regroupent des substances considérées comme nocives, comme les PCB, benzo-pyrènes, Bisphénol A, stalates, DDT, atrasine…
Alain Roucoux nous explique plus en détails la méthode testée par son équipe en laboratoire : "la méthode que nous testons vient en amont de celles qui existent déjà. Elle permettrait de traiter efficacement les fortes concentrations, ce qui ne se fait pas pour l’instant. Nous avons développé pour le dépôt de nanoparticules de taille contrôlée une procédure simple, rapide, et reproductible en phase aqueuse, à température ambiante et sans étape de calcination, contrairement aux méthodes classiques de préparation des catalyseurs hétérogènes. Les analyses par microscopie électronique à transmission ont montré une taille moyenne de 5 nm avec des nanoparticules bien dispersées dans la matrice. Cette hétérogénisation du système facilite la récupération du catalyseur en fin de cycle pour une réutilisation potentielle."
"Nous n’en sommes qu’à la phase des tests"
L’immobilisation par support solide des nanoparticules métalliques permet, selon le support choisi, de catalyser préférentiellement la dégradation tel ou tel substrat. C’est là tout l’intérêt de la méthode. "Par exemple, notre système basé sur le dépôt simple et rapide sur TIO2 de nanoparticules de métaux de transition (préstabilisées dans l’eau) est parmi les plus efficaces actuellement en hydrogénation, combinée ou non à des réactions de photo catalyse. Il devient ainsi prometteur pour des molécules photorésistantes telles que l’acide cyanurique avec un prétraitement en réduction pouvant modifier sa nature aromatique et donc faciliter sa photodégradation", nous explique Alain Couroux.
A l’heure actuelle, l’étude du dopage des catalyseurs à base de TiO2 par différents métaux, afin de déterminer la meilleure synergie et les phénomènes de lixiviation au travers de leur recyclabilités, est un axe de recherche prometteur.
Et au niveau des applications concrète sur le terrain ? Alain Roucoux précise : "au niveau des applications, on peut penser que d’ici 5 à 10 ans, la nanocatalyse des perturbateurs endocriniens sera de plus en plus généralisée dans le traitement des effluents industriels. A l’heure actuelle, nous ne collaborons pas avec les industriels. En effet, notre méthode s’éloignant des méthodes usuelles (celles qui sont à l’œuvre aujourd’hui), il est compliqué de mettre en place des partenariats. Nous ne sommes encore qu’au stade de la recherche".
Par Pierre Thouverez

Des alliages de titane innovants pour les compresseurs de réacteurs d'avion


Le Ministère fédéral de l'enseignement et de la recherche (BMBF) finance à hauteur de quatre millions d'euros un projet de recherche visant à introduire de nouveaux alliages de titane dans les ensembles disque-aubes des compresseurs de réacteurs d'avion.
Prévu pour une durée de trois ans et demi, ce projet est mené dans le cadre du Programme d'innovation en matériaux pour l'industrie et la société (WING) [1] du BMBF. Il associe des chercheurs de l'Institut des sciences et technologies des matériaux (IWW) et du Centre en technologies des matériaux (CZM) de l'Université technique de Clausthal (Basse-Saxe), de l'Université d'Erlangen-Nuremberg (Bavière) ainsi que des entreprises Rolls-Royce Deutschland, ThyssenKrupp VDM, Otto Fuchs KG, et Dyconn GmbH.

Les alliages de nickel sont utilisés dans les ensembles disque-aubes des compresseurs de réacteurs d'avion en raison de leur stabilité à haute température. Néanmoins, de nouveaux alliages de titane résistants à la chaleur, de masse plus légère, peuvent remplacer les alliages de nickel dans certains segments de la pièce. De plus, des alliages de titane distincts peuvent être introduits le long des éléments, en fonction des différences de contraintes subies. Ces combinaisons multi-matériaux exigent de nouvelles technologies d'assemblage, telles que le soudage par friction multi-orbitale. Outre une réduction des coûts de production, ce dernier permet la production de concepts de refroidissement innovants, améliorant le rendement des réacteurs. Pendant la période du projet, l'Université technique de Clausthal disposera d'une installation de soudage par friction multi-orbitale afin de mener à bien ses recherches.
(Source : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/70396.htm)

PSA s’effondre


PSA s’effondre

Pour faire face au déclin de sa situation économique, PSA a décidé de supprimer 8 000 postes en France et de fermer le site d’Aulnay. Retour sur un scénario catastrophe.

12 juillet 2012. Philippe Varin, Président du Directoire de PSA Peugeot Citroën, officialise les rumeurs : suppression de postes et fermeture d’usine. Anticipant l’onde de choc, Philippe Varin préfère même faire son annonce hors caméra…  Comment PSA a pu en arriver là ? Le déclin du constructeur automobile s’est joué en trois temps.

Premier acte : une santé financière excellente. Rappelons qu’en 2010, les ventes mondiales affichaient des chiffres record : une augmentation de 13 % pour 3 602 millions d’unités vendues, dont 9.8 % pour les voitures et utilitaires légers. A l’époque, le directeur des marques du groupe, Jean-Marc Gales, faisait remarquer qu’ « une forte proportion [des] ventes est désormais réalisée hors d'Europe ». En effet, les marchés automobiles mondiaux ont crû de 10 % en 2010, tirés par la Chine (+ 30 %) et l'Amérique latine (+ 14 %) alors que l'Europe était déjà en baisse de 4 %.

Deuxième acte : premiers signaux d’alerte ignorés. Malgré ce constat, les chiffres des ventes en 2011 restant bons avec 3 500 millions d’unités écoulées, le directeur des marques ne fait pas remonter l’information, induisant peut être Philippe Varin en erreur. Ce dernier ne fait donc rien pour réduire les stocks et limiter la production des usines française, se retrouvant avec une surcapacité de production de 20 %. Or, stocker coûte cher, très cher. Jean-Marc Gales sera d’ailleurs remercié en décembre. De son côté, Renault a déjà commencé à limiter ses stocks.

Après avoir renouer avec les bénéfices en 2010, l’année 2011 affiche un bénéfice net du groupe en chute libre de 48,1%. Plus précisément, son chiffre d'affaires a progressé de 7 % à 59,9 milliards, mais avec un résultat opérationnel courant en recul de 27 % à 1,3 milliard d'euros. Surtout, celui du secteur des voitures devient critique avec une perte de 92 millions.

Dernier acte : effondrement de la branche automobile. L’année 2012 commence sous de mauvais auspices : les chiffres des ventes se dégradent dès le premier semestre avec une baisse de 8 %. Le taux moyen d'utilisation des usines européennes du Groupe s'est détérioré à 76 %, contre 86 % en 2011. Taux encore plus faible pour les petites voitures, secteur sur lequel PSA Peugeot Citroën réalise 42 % de ses ventes, quand ses concurrents fabriquent essentiellement ces modèles dans des pays à bas coûts.

Le destin de l’usine d’Aulnay, site où n’est fabriqué que la C3 s’assombrit. Sachant que le site de Poissy dédié à la Peugeot 208 et les Citroën C3 et DS3 est lui aussi en surcapacité. Rassembler la production de la C3 sur un seul site devient évident, la fermeture du site d’Aulnay, inévitable.

Et malgré ce que peuvent en dire les syndicats ou les politiques, la branche automobile de PSA est bel et bien devenue un gouffre financier, le groupe n’étant sauvé que par son activité de finance et de crédit. Cette fois, il n’y aura pas de deus ex machina.

jeudi

Déformation et endommagement des aciers martensitiques revenus à haute température - Fatigue, fluage et fatigue-fluage


Les aciers martensitiques revenus sont utilisés couramment dans les centrales thermiques comme composants de circuiterie. Des recherches portant sur ces matériaux sont également menées dans le cadre des travaux sur la conception des réacteurs nucléaires du futur, qu’il s’agisse de réacteur à neutrons rapides et caloporteur sodium (Astrid) ou gaz, ou du réacteur de fusion ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Ces réacteurs présentent des caractéristiques différentes en termes de maturité technologique et de respect environnemental. Les composants considérés sont souvent des éléments de circuiterie ou de générateur de vapeurs. Les températures d’utilisation sont comprises entre 450 et 650 °C. L’élévation de température de fonctionnement permet d’obtenir un rendement énergétique plus élevé. Suivant le type de centrale, les chargements à considérer en vue du dimensionnement des structures sont notamment la fatigue, la fatigue-relaxation (ou fatigue-fluage) et le fluage. Les aciers martensitiques revenus à 9-12 %Cr présentent certains avantages qui peuvent les faire préférer à certains de leurs concurrents, comme les aciers austénitiques inoxydables type AISI 316L. En effet, ils possèdent un faible coefficient de dilatation thermique et au contraire une forte conductivité thermique, ce qui peut permettre de réduire les chargements mécaniques induits par la fatigue thermique. Ils sont également moins soumis au gonflement que les aciers austénitiques en cas d’irradiation, et enfin leur prix peut être un avantage. Leur comportement mécanique en fatigue et fluage a donc été largement étudié afin de pouvoir garantir leur usage.
Un adoucissement notable est observé lors des essais de fatigue et/ou de fluage à haute température (450-700 °C), ce qui peut constituer une faiblesse avec par exemple des vitesses de fluage largement augmentées. Les recherches ont été menées sur un grand nombre de nuances, de plus en plus sophistiquées. L’objectif de ces nouvelles nuances est de limiter la vitesse de déformation et les évolutions microstructurales en cours de déformation à haute température. De nombreux laboratoires dans le monde sont impliqués dans ces recherches, tant dans le monde universitaire que dans les instituts de recherche ou les industries. Dans les années 80, les travaux ont principalement porté sur des chargements de fortes amplitudes en fatigue et en fluage, ce qui permettait d’obtenir des résultats à partir d’essais de courte durée. Il a été observé un adoucissement cyclique notable et une accélération du fluage liés à différentes évolutions microstructurales opérant pendant le chargement (grossissement de la taille de sous-grain, baisse de la densité de dislocations, précipitations). Très tôt, le comportement mécanique a en effet été mis en parallèle avec les observations microstructurales, principalement en Microscopie Electronique en Transmission (MET).
Les travaux ont ensuite porté d’une part sur des nuances améliorées, plus résistantes à la déformation de fluage, et d’autre part sur l’étude des chargements fatigue et/ou de fluage de faibles amplitudes, beaucoup plus proches des conditions en service que ceux de fortes amplitudes jusqu’alors étudiées. Dans le même temps, le dimensionnement des structures s’effectue en se basant sur des codes (RCC-MRx en France, R5 en Grande-Bretagne, ASME aux États-Unis) dont les lois et critères sont fondés sur les résultats d’essais et peuvent être affinés grâce aux études précédentes dites en amont.

Comportement rhéologique des matériaux métalliques multiphasés


Pourquoi s’intéresser au comportement des matériaux multiphasés ?
On remarquera tout d’abord que les matériaux réels sont toujours hétérogènes, à l’exception possible des monocristaux de haute pureté et non-déformés. Dans les matériaux monophasés, la densité de dislocations, la taille et l’orientation des grains sont distribuées de manière hétérogène. A fortiori, lorsque plusieurs phases sont présentes, la forme, la taille, l’orientation et les relations spatiales entre les domaines homogènes constituent autant de sources d’hétérogénéité. Or, les métaux présentent généralement à l’état pur des caractéristiques mécaniques (dureté, limite d’élasticité) insuffisantes, et sont donc le plus souvent utilisés sous la forme d’alliages. C’est ainsi que dès la protohistoire, les bronzes (alliages de cuivre et d’étain) et les laitons (alliages de cuivre et de zinc) ont remplacé le cuivre pur. Lorsqu’un élément est ajouté à un métal pur à l’état liquide, trois structures peuvent être observées après refroidissement du mélange :
  • soit une solution solide homogène (par exemple, pour Ni-Cu en toute proportion) ;
  • soit une matrice contenant une seconde phase minoritaire, constituée d’inclusions solidifiées avant la matrice, ou de précipités formés à l’état solide (par exemple, oxydes dans le cuivre, carbures dans le fer) ;
  • soit un mélange de deux ou de plusieurs phases de caractéristiques chimiques, géométriques et mécaniques distinctes, et dont les fractions volumiques sont du même ordre de grandeur.
On parle alors suivant les cas, d’alliage biphasé ou multiphasé. Certains matériaux hétérogènes obtenus par frittage, ainsi que certains composites, sans être des alliages à proprement parler, relèvent de la même catégorie de matériaux hétérogènes faisant l’objet de cet article.
Si les matériaux multiphasés apparaissent ainsi incontournables, il faut également souligner que la présence de plusieurs phases de propriétés différentes peut être bénéfique. La première idée élémentaire consiste à cumuler les qualités (et non les défauts) des deux phases. Ainsi le mélange d’une phase dure mais fragile (par exemple, le carbure de tungstène WC) et d’une phase ductile mais molle (par exemple, le cobalt) conduit à un compromis intéressant de dureté et de ductilité dans le composite WC-Co. Encore faut-il s’assurer que le mélange n’est pas à la fois fragile et mou. Mais l’intérêt pour le comportement des matériaux biphasés ne s’arrête pas là, comme le montrent les deux exemples suivants. Dans le cas des tôles en acier de construction, la nécessité d’accroître la limite d’élasticité par une réduction de la taille des grains amène les fabricants à terminer la gamme de laminage dans le domaine de “déformation à tiède”, c’est-à-dire suivant les cas dans le domaine ferrite + austénite, ou ferrite + cémentite. De même, les alliages de titane utilisés dans l’aéronautique présentent en général un comportement superplastique dans le domaine biphasé α + β (notamment au voisinage de la composition équivolumique), qui peut être mis à profit pour certaines opérations de mise en forme. Ces exemples montrent bien la nécessité et l’intérêt de maîtriser le comportement des matériaux multiphasés.
Précisons maintenant les problèmes qui seront examinés dans cet article.
Le premier concerne la détermination du comportement rhéologique global d’un matériau multiphasé : sa loi de comportement macroscopique, à partir du comportement supposé connu de ses éléments constitutifs et de leur agencement dans l’alliage. C’est un problème d’homogénéisation.
Le second problème concerne la détermination du comportement local du matériau : l'évolution de la forme des domaines homogènes et la distribution locale des déformations et des contraintes. C’est un problème de localisation, bien connu des mécaniciens.
Nous nous limiterons à la présentation de diverses approches issues de la mécanique des milieux continus appliquées à l’échelle des domaines homogènes, souvent qualifiée d’échelle mésoscopique. Les problèmes seront traités dans le cas particulier d’un matériau biphasé, l’extension à un nombre plus grand de phases pouvant généralement se faire sans difficulté.

Garnissage réfractaire des fours de fusion pour la fonte


Jusque dans les années 1970, le cubilot journalier à vent froid était le moyen traditionnel pour la fusion de la fonte. C’était un procédé polluant, peu économe en énergie et très consommateur en matériaux réfractaires (plus de 30 Kg/tonne de fonte). Développé après la dernière guerre, le cubilot à vent chaud a permis d’augmenter le débit horaire et a autorisé un fonctionnement par campagne de plusieurs jours successifs. La crise pétrolière de 1973 a obligé les fondeurs à reconsidérer leurs équipements de fusion et de maintien, notamment pour l’élaboration de la fonte. Dès lors, il a fallu économiser l’énergie.
En fonderie, cette modernisation nécessaire n’a été visible qu’à partir de 1975. Ainsi, progressivement et jusqu’aux années 1990, se sont développés des équipements faisant appel à l’électricité et au gaz naturel, il s’agissait notamment des fours électriques à induction et des fours rotatifs à gaz.
L’apparition de ces nouveaux moyens de fusion et leur technicité ont obligé les fabricants de matériaux réfractaires à mettre au point de nouveaux concepts de mise en œuvre et à adapter les matériaux à ces nouvelles applications plus exigeantes en performances thermiques, en consommation spécifique et en durée de vie.
Le présent article décrit ces nouvelles techniques de réalisation, de conduite et de maintenance du garnissage réfractaire pour le four à induction électrique à creuset ainsi que pour le four rotatif à gaz. Le choix de ces revêtements en fonction du lit de fusion et de la métallurgie sont également traités en détail.