Des alliages haute performance à base de magnésium
Publié par Redbran le 13/02/2019 à 14:00
Source: © Union européenne, [2019] / CORDIS
De nouveaux processus de récupération permettent d'obtenir des alliages de haute performance et à bas coûts à base de terres rares.


©REMAGHIC

Des chercheurs financés par l'UE sont parvenus à créer des alliages haute performance à base de magnésium qui pourraient constituer une solution à bas coût et durable pour remplacer les métaux existants. Plus légers et plus fermes que l'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.), ils ne coûtent pas plus cher que le magnésium primaire.

Les règlementations imposent aujourd'hui une plus grande efficacité énergétique (En physique et ingénierie mécanique, l'efficacité énergétique (ou efficacité thermodynamique) est un nombre sans dimension, qui est le rapport entre ce qui peut être récupéré utilement...) alors que la conception pour le secteur de l'aérospatial et pour les structures des véhicules automobiles est de plus en plus complexe. Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept...), répondre aux attentes avec des composants offrant des performances supérieures peut s'avérer difficile.

En utilisant le plus léger de tous les éléments métalliques, le magnésium, il faut moins d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) pour la production et les conceptions peuvent miser sur la sophistication sans pour autant sacrifier la solidité. Ce métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans...) peut être fondu pour constituer plusieurs pièces mécaniques et être utilisé pour virtuellement n'importe quelle structure qui nécessite d'être plus légère et plus solide. Cependant, ses propriétés de résistance à la corrosion et au fluage sont médiocres et sa température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de...) de service inadaptée ce qui l'empêche d'être plus largement adopté par le marché.

Financé par l'UE le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) REMAGHIC avait pour but de recycler les métaux à base de magnésium issus des déchets industriels et de les associer à des terres rares (Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le scandium 21Sc, l'yttrium 39Y et les quinze lanthanides.) (TR) de niveau secondaire pour produire des alliages de plus haute performance par rapport au magnésium primaire. "Notre devis “des alliages haute performance à base de terres rares au prix du magnésium primaire” reflète le succès de notre mission" souligne la coordinatrice du projet Blanca Araujo. L'équipe a expérimenté différents mélanges contenant du magnésium et des terres rares adaptés à des applications d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation...) et pouvant être recyclés d'une manière respectueuse de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) pour résoudre le problème du prix.

Promouvoir une culture du recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des matériaux qui le composent. L'un...)

Les efforts combinés des équipes projet ont débouché sur un processus de recyclage en boucle fermée pour la production d'un alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments chimiques.) à base de magnésium. Si l'on souhaite améliorer le développement durable (Le développement durable (traduction de Sustainable development) est une nouvelle conception de l'intérêt public, appliquée à la croissance économique et reconsidérée...) en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du...), il est indispensable de réduire sa dépendance aux matières premières en soutenant un modèle d'économie circulaire consistant à réutiliser et à recycler plutôt qu'à se débarrasser des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) en tant que déchets.

Les membres du projet ont mis au point (Graphie) différentes techniques pour la récupération à la fois des TR et du magnésium, en recyclant ces éléments utiles à partir respectivement des résidus de déchets industriels, et des tas de scories et de rebuts. En particulier, ils ont identifié plusieurs processus, y compris des processus mécaniques, en hydrométallurgie, en solvométallurgie et pyrométallurgie, pour l'extraction et la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans...) des TR des lampes au phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et de numéro atomique 15.), des tubes cathodiques et des batteries hybrides nickel-métal. "Les processus de récupération finaux que nous avons sélectionnés atteignent une maturité technologique de niveau 5. Nous sommes parvenus à récupérer un pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une expression comme « 45 % » (lue « 45 pour cent ») est en réalité la sténographie pour la fraction...) élevé d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion...) d'yttrium à partir de lampes, ainsi que d'oxydes de lanthane et de cérium à partir de batteries", souligne Blanca Araujo.

L'équipe a également démontré la faisabilité de techniques à bas coût pour le recyclage du magnésium qui nécessitent très peu d'énergie. "Le recyclage du magnésium peut être plus dangereux que son coulage dans la mesure où il s'agit d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise...) hautement inflammable. Nous avons montré comment les fonderies de magnésium peuvent recycler leurs propres rebuts plutôt que de les refondre directement dans le creuset (Un creuset est un pot en matériau réfractaire ou en métal servant à la fusion ou la calcination.) ce qui, en définitive, crée plus d'impuretés", ajoute Blanca Araujo.

Un autre succès du projet a été la fabrication et la validation d'une installation industrielle conçue spécialement pour recycler les alliages à base de magnésium. Cette installation produisant 240 kg/h de lingots à plein rendement peut être connectée à n'importe quelle fonderie (La fonderie est l'un des procédés de formage des métaux qui consiste à couler un métal ou un alliage liquide dans un moule pour reproduire,...) de magnésium.

Applications pratiques

Dans le cadre de REMAGHIC, un prototype de hayon (Le hayon désigne l'ensemble lunette arrière/porte de coffre s'ouvrant ensemble.) a été développé pour montrer comment les alliages de magnésium pouvaient être utilisés dans l'industrie automobile (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de...). Par ailleurs, un raccord tournant pour aéronefs a été repensé afin de démontrer que l'association de magnésium recyclé et de TR primaires est plus économique et plus légère que le titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.).

Le magnésium et ses alliages sont également susceptibles de jouer un rôle majeur dans le domaine biomédical. Ce matériau est en effet très prometteur pour une utilisation dans les implants médicaux. Comparé au titane, largement utilisé, il est plus proche des os en termes de solidité et il est biodégradable. "Si on vous a posé une vis en magnésium dans le poignet (Le poignet est une région du membre supérieur située entre la main et l'avant-bras, et contenant le carpe.), vous n'avez pas besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories :...) d'une deuxième intervention chirurgicale pour l'enlever", explique Blanca Araujo.

Pour plus d'information voir: projet REMAGHIC
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