1. Qu'est-ce que la mousse métallique et la mousse d'aluminium
Au cours de l'histoire, la découverte des mousses métalliques a marqué une étape importante dans la révolution de l'ingénierie des matériaux. La mousse métallique est un matériau composé d'une structure métallique dotée d'un grand nombre de pores et remplie de gaz le long de la structure [2]. Les pores de ces mousses métalliques peuvent être interconnectés ou scellés, et sont appelés respectivement mousse à cellules ouvertes et mousse à cellules fermées, comme illustré à la figure 2(a)(b) [3]. Parmi ces mousses, la mousse d'aluminium est actuellement la plus prometteuse, en raison de sa porosité élevée, de sa faible densité, de sa légèreté, de sa résistance élevée, de sa bonne compressibilité, de sa forte absorption des chocs, de ses bonnes performances d'absorption acoustique et de son bon blindage électromagnétique. Ses excellentes performances lui ont valu le surnom d'« étoile métallique » [4] et sont largement utilisées dans d'autres procédés de fabrication en ingénierie aérospatiale, en fabrication et en sciences physiques.
Figure 2. Caractéristiques structurelles de la mousse d'aluminium : (a) Mousse d'aluminium à cellules ouvertes ; (B) Mousse d'aluminium à cellules fermées [3]
2. La découverte de la mousse d'aluminium
Tout au long de l'histoire, des matériaux tels que l'os, le bois et la pierre ponce ont été largement utilisés. De nombreux chercheurs prédisent que l'utilité de ces matériaux a favorisé la production de matériaux synthétiques comme la mousse métallique. Bien que la plupart des technologies de moussage actuellement utilisées aient été proposées depuis les années 1950, des études ont montré que la découverte de la mousse d'aluminium remonte à 1926, lorsque Ma De Meller mentionna pour la première fois le moussage métallique dans un brevet français. Meller suggéra un jour que le procédé de moussage métallique pouvait être obtenu en introduisant un gaz inerte dans le métal en fusion, ou en utilisant un agent moussant tel que le carbonate. Bien qu'il ne s'agisse que d'un brevet basé sur cette idée, il pose les bases des prochaines étapes nécessaires au développement de la mousse d'aluminium. John C. Elliott a approfondi cette idée vingt ans plus tard, en concevant une version actualisée du brevet Meller et en introduisant la première mousse d'aluminium disponible, ce qui a contribué à la commercialisation du matériau au Japon dans les années 1990. Cette publication a posé les bases [5].
3. Performances et application de la mousse d'aluminium
La mousse d'aluminium est un métal à forte porosité et structure poreuse, dont les pores scellés représentent environ les trois quarts du volume total du matériau métallique, ce qui le rend très léger [7]. Outre les caractéristiques susmentionnées, la mousse d'aluminium présente également d'excellentes caractéristiques d'absorption d'énergie et une compressibilité élevée [7]. Concernant la densité, les chercheurs ont constaté que la masse volumique de la plupart des échantillons de mousse d'aluminium est d'environ 0,4 à 1,2 g·cm-3 [6]. De plus, la mousse d'aluminium présente également des propriétés d'absorption acoustique, de recyclabilité et de faible conductivité thermique [7].
En termes d'application, le blindage électromagnétique, la légèreté et les propriétés d'absorption de la mousse d'aluminium en font un candidat idéal pour les composants utilisés dans les dispositifs de fusion nucléaire contrôlée, l'automobile, l'aérospatiale et le bâtiment, en raison de sa résistance aux environnements physiques extrêmes. Dans les dispositifs de fusion nucléaire contrôlée, la mousse d'aluminium à cellules fermées constitue un excellent matériau de blindage électromagnétique. Grâce à l'interconnexion de son squelette, elle présente une surface spécifique importante et une bonne capacité d'absorption et de réflexion des ondes électromagnétiques. Diverses pertes, telles que l'absorption et la réflexion, se produisent, ce qui confère à la mousse d'aluminium d'excellentes performances de blindage électromagnétique. De plus, il a été constaté que l'efficacité du blindage électromagnétique de la mousse d'aluminium présentait une tendance à la baisse, puis à l'augmentation, avec l'augmentation de la fréquence des ondes électromagnétiques [3]. Dans l'industrie aérospatiale, la mousse d'aluminium est utilisée pour fabriquer des cônes spatiaux ou des pièces de turbine. En raison de sa faible qualité, elle est particulièrement utile pour réduire le poids total des composants aéronautiques [7]. Excellent matériau absorbant l'énergie, l'aluminium expansé est utilisé pour la fabrication des tampons, des absorbeurs de vibrations et du fond de la cabine de retour des engins spatiaux, afin que l'engin puisse atterrir en toute sécurité et protéger les astronautes et l'équipement spatial. Grâce à une absorption efficace de l'énergie et des chocs, l'aluminium expansé peut garantir la sécurité des astronautes lors de l'atterrissage, comme le montre la figure 3 [8].
Figure 3. Structure partielle améliorée de la cale résistante aux chocs[8]
1-peau supérieure ; 2-longerons en mousse d'aluminium ; 3-peau inférieure
Dans l'industrie automobile, l'aluminium expansé permet de réduire le nombre total de pièces utilisées dans le châssis, d'optimiser le processus d'assemblage et, in fine, de réduire les coûts et d'améliorer les performances [7]. Actuellement, l'aluminium expansé est utilisé dans les barres anticollision, les poutres et les traverses de portières des carrosseries automobiles commercialisées, comme le montre la figure 4 [9-10].
La figure 4. (a) est un schéma des pièces d’absorption partielle d’énergie de la carrosserie de la voiture ;
(B) Schéma de principe d'une barre anticollision en mousse d'aluminium
Dans le secteur de la construction, la mousse d'aluminium est principalement utilisée comme barrière de protection ignifuge contre les bruits intenses. L'application typique de la mousse d'aluminium à cellules fermées en architecture est le bâtiment SOHO Fuxing Plaza de Shanghai. Le concepteur a utilisé une grande quantité de mousse d'aluminium pour absorber et isoler le bruit, comme le montre la figure 6 [11].
La découverte de la mousse d'aluminium est considérée comme une avancée remarquable. Ce matériau allie d'excellentes performances de blindage électromagnétique, une légèreté, une faible densité, ainsi que des propriétés d'absorption des chocs et d'énergie, ce qui lui confère d'excellentes performances dans divers secteurs industriels. Son champ d'application est vaste. Il est intéressant de noter que la mousse d'aluminium est également un produit écologique et recyclable, ce qui en fait un matériau durable et devrait être utilisé en grande quantité dans les futures applications industrielles.
Date de publication : 30 novembre 2021
