ACTUALITÉ SCIENTIFIQUE
ET INNOVATION DE L'ÉTS
Le magnésium, le nouvel allié des voitures vertes - Par : Hanen Hattab,

Le magnésium, le nouvel allié des voitures vertes


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Le magnésium peut maintenant remplacer l'acier et l'aluminium dans des pièces structurales de véhicules automobiles

Image d’entête achetée du site Istock.com : elle est protégée par des droits d’auteurs.

Afin d’améliorer l’efficience énergétique, les constructeurs essayent d’alléger le poids et de réduire la traînée de leurs véhicules. Pour ce faire, ils interviennent sur la structure et les pièces en optant pour un design qui participe à la réduction du coefficient de traînée (comme le concept de la Mercedes-Benz Bionic) tout en utilisant des matériaux légers.

Le magnésium est 75 % plus léger que l’acier, 33 % plus léger que l’aluminium et le quatrième élément le plus répandu sur la terre après le fer, la silicone et l’oxygène. Les fabricants de véhicules n’ont pas réussi à tirer profit de sa légèreté et de son abondance dans la fabrication des carrosseries et des pièces de véhicules parce que le magnésium doit être renforcé par d’autres terres rares chères telles que le dysprosium, le praséodyme et l’ytterbium. En effet, le magnésium possède une très faible ductilité ce qui signifie qu’il se brise lors de l’étirement. De plus et contrairement aux autres matériaux, sa résistance mécanique augmente avec la chaleur.

Qu’est-ce que la ductilité?

Des chercheurs du Departement of Energy (DOE) du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ont réussi à incorporer le magnésium dans les composants structurels des véhicules en utilisant un nouveau procédé de fabrication à faibles coûts qui permettra d’accroître l’intégration de ce matériau, qui représente actuellement 1 % du poids d’une voiture typique, soit environ 15 kilogrammes, selon un rapport du DOE. Selon Scott Whalen, ingénieur en mécanique et chercheur principal du projet, cette méthode a permis d’améliorer les propriétés mécaniques du magnésium, sans avoir à ajouter de terres rares, à un tel point qu’il peut désormais remplacer l’aluminium.

L’extrusion et le filage du magnésium

La malléabilité est une propriété nécessaire pour qu’un matériau soit ductile. Ainsi, les chercheurs ont pensé à optimiser cette propriété pendant l’usinage des pièces comportant du magnésium. Ils ont créé une méthode d’extrusion-filage dans laquelle le métal est contraint de traverser une filière qui donne au matériau une forme bien déterminée, alors que les méthodes d’extrusion habituelles ne sont pas capables de former convenablement le magnésium.

L’équipe a conçu une machine de traitement et d’extrusion par cisaillement assistée et personnalisée. Baptisée ShapE™, cette machine inédite a été testée pour extruder des tubes ronds à paroi très mince – jusqu’à 5 cm de diamètre – d’alliages de magnésium aluminium-zinc AZ91 et ZK60A.

Le procédé a bien fonctionné et a amélioré les propriétés mécaniques de ces alliages. En effet, ils ont réussi à augmenter la ductilité à température ambiante de plus de 25 %, ce qui représente une grande amélioration par rapport aux extrusions traditionnelles. Ils ont aussi obtenu des microstructures hautement raffinées dans certains alliages : ce processus a permis de former des fonctions nanostructurées.

Les chercheurs ont opté pour le filage de l’alliage de magnésium pendant le procédé d’extrusion parce qu’il crée une chaleur assez élevée pour rendre le matériau plus malléable. Cette ductilité permet de presser le magnésium à travers des filières qui forment des produits longs, à savoir des tubes, des tiges et des canaux. La chaleur générée par la friction mécanique déforme le métal et fournit la température nécessaire au procédé, ce qui évite le recours aux éléments chauffants utilisés dans les presses d’extrusion traditionnelles. Plus les rotations sont importantes, plus les grains s’affinent, rendant la coulée plus flexible et de facto plus ductile. De plus, le filage permet de mieux maîtriser l’orientation des structures cristallines dans l’alliage et d’optimiser l’absorption de l’énergie du magnésium.

Lorsque le métal en vrac traverse la filière grâce aux forces linéaires et rotatives simultanées, il n’a besoin que du dixième de la force que l’extrusion conventionnelle nécessiterait. La réduction de la force simplifie le procédé et diminue la taille de la machine générant de ce fait une réduction du coût, notamment de l’énergie. Ainsi, la quantité d’électricité utilisée pour fabriquer un tube de 30 cm de longueur et de 5 cm de diamètre est à peu près la même qu’il faut pour faire fonctionner un four domestique pendant 60 secondes.

Le fournisseur de pièces automobiles Magna-Cosma collabore avec le PNNL sur ce projet de recherche, financé par le DOE, pour produire de grandes pièces à base de magnésium qui seront testées à leur site situé près de Detroit, aux États-Unis.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Profil de l'auteur(e)


commentaires

    Laisser un commentaire

    Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *