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Forgeage dun bloc dalliage de fer à mémoire de forme ; pour pouvoir le déformer, ce bloc doit être chauffé à 1150 °C. (Photo: TU Bergakademie Freiberg, Institut für Metallformung) |
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Les alliages à mémoire de forme (en anglais shape memory alloy, SMA) retrouvent automatiquement ou par chauffage leur forme initiale même après de fortes déformations. Ceci en fait des matériaux intéressants qui, mis à part les montures de lunettes, sont aussi utilisés aujourdhui pour des thermostats, des stents et des microactuateurs. Mais des applications dans la construction sont aussi pensables, par exemple pour le renforcement de ponts. |
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Si lon arme une poutre de béton avec des barres de SMA pré-allongées et quon les «active» par chauffage, elles veulent alors se rétracter pour retrouver leur forme initiale. Mais comme elles sont noyées dans le béton durci, il se crée une précontrainte. Cet effet pourrait ainsi sutiliser, par exemple, pour mettre en précontrainte des tabliers de ponts entiers. Il suffirait de chauffer les barres de SMA en y faisant circuler un courant électrique pour quelles se mettent en précontrainte. Ce qui permet de supprimer les dispositifs de précontrainte complexes et les gaines de câbles. |
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Les alliages de nickel-titane, avec lesquels on fabrique des montures de lunettes ou des stents, ne sont pas bien adaptés pour le génie civil. Ce sont ici des alliages à base de fer qui sont bien plus intéressants car leurs matières premières ne sont pas seulement beaucoup meilleur marché mais leur processus de fabrication est lui aussi moins coûteux. Toutefois jusquici il fallait les chauffer à des températures atteignant jusquà 400°C pour activer leur effet de mémoire de forme, ce qui était trop élevé pour une utilisation dans le béton ou le mortier ou dautres matériaux sensibles à la chaleur. Des chercheurs de lEmpa réunis autour de Christian Leinenbach du laboratoire «Technologies des assemblages et corrosion» sont maintenant parvenus à développer un alliage de fer-manganèse-silicium dun type nouveau dont lactivation ne nécessite que des températures voisines de 160°C supportables pour le béton. Pour cela, ces scientifiques des matériaux ont modélisé des alliages virtuels au moyen de simulations thermodynamiques. Les combinaisons les plus prometteuses ont ensuite été produites en laboratoire pour étudier leurs propriétés de mémoire de forme. Avec succès, puisque plusieurs de ces nouveaux matériaux satisfaisaient les exigences de leurs collègues ingénieurs en génie civil; une étape décisive sur la voie des applications à léchelle industrielle et donc de la tonne des aciers à mémoire de forme. |
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| | Poutre de béton renforcée à laide de deux lamelles de Fe-SMA: les lamelles ont été chauffées électriquement pour provoquer leur précontrainte (seules les bornes en cuivre et les câbles électriques sont visibles). |
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Le long chemin du laboratoire au produit fini Christoph Czaderski du laboratoire «Ingénierie des structures» estime que les SMA à base de fer ont de bonne chances en génie civil, cela parce que la précontrainte est plus simple et de ce fait meilleur marché quavec les systèmes de précontrainte conventionnels. De plus, on peut imaginer des systèmes difficilement réalisables, voire même irréalisables, jusquici avec les méthodes de précontrainte conventionnelles tels que, par exemple, des bétons précontraints au moyen de fibres courtes, des enveloppes de piliers, de lamelles insérées par fraisage et de fers darmature nervurés. Une étude de faisabilité financée par la Commission pour la technologie et linnovation (CTI) a démontré récemment que la production de ces nouveaux alliages nest pas seulement possible à léchelle du kilogramme en laboratoire mais aussi par tonnes à léchelle industrielle. Le processus de fabrication a été développé en collaboration avec lUniversité Leoben en Autriche ainsi que la TU Bergakademie Freiberg et lentreprise G. Rau GmbH en Allemagne. |
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Le forgeage de lamelles denviron 2 mm dépaisseur à partir de blocs de coulée denviron 100kg à des températures dépassant les 1000°C demande un savoir-faire technique énorme et un équipement adéquat. Les processus de formage ont dû être adaptés et optimisés pour ces nouveaux alliages. |
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| | Les lamelles ainsi produites ont fait leurs preuves dans des essais où ces lamelles étaient bétonnées dans des rainures aménagées dans des poutres de béton. |
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Ces développements de lEmpa ont conduit à la création en 2012 de la start-up re-Fer AG qui assurera la production et la distribution pour le génie civil de ces SMA à base de fer dont le coût devrait se situer au niveau de celui de lacier inoxydable. |
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Sources Images: Nr 1, 2 et 3: Institut für Metallformung, TU Bergakademie Freiberg, Nr 4: Firma G.RAU GmbH & Co. KG, Pforzheim, D Les illustrations peuvent être téléchargées sous https://flic.kr/s/aHsjYpj3FA |
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