La recette agitée des bons fusibles

Les bons tas de sable font les bons fusibles. Les chercheurs stéphanois du Laboratoire des procédés en milieux granulaires (LPMG) 1 viennent d'affiner la recette pour obtenir un fusible qui protège au mieux une installation électrique: le sable contenu à l'intérieur du cylindre ne doit être ni trop tassé, ni trop poreux. Réalisés en collaboration avec la société lyonnaise Ferraz Shawmut, ces travaux permettront d'améliorer le procédé de fabrication des fusibles.


Comme son nom l'indique, un fusible est censé fondre lorsque l'intensité du courant est trop élevée. Pour ce faire, la pièce électrique est d'abord constituée d'un élément métallique fusible. Et autour, on trouve des grains de sable. Pourquoi ? Pour stopper au plus vite l'arc électrique qui se crée quand le métal fond et peut détériorer le circuit en continuant à laisser passer le courant.

Concrètement, il s'agit d'absorber les vapeurs d'argent qui accompagnent ce phénomène. "Si jamais des trous sont présents dans l'empilement des grains, les vapeurs s'y accumulent, et le fusible peut même exploser", explique Émilie Rouèche, chercheuse de l'équipe. Premier constat, donc: le tas de sable ne doit pas être trop poreux. Mais il ne doit pas être trop compact pour autant: les vapeurs doivent pouvoir se disperser suffisamment.

Restait alors aux chercheurs à trouver comment obtenir le bon compromis lors du remplissage des cylindres. Dans l'industrie, les fusibles sont soumis à une vibration pour homogénéiser le mélange. En laboratoire, les physiciens ont reconstitué ces conditions. Ils ont étudié comment réagissait un empilement de grains de sable, selon la fréquence et l'accélération de la vibration.

Grâce à une caméra rapide, ils ont d'abord observé sur les bords d'un cylindre transparent le mouvement des grains les uns par rapport aux autres. Puis ils ont figé le mélange avec de la résine et l'ont soumis à une analyse par tomographie aux rayons X. Ainsi, ils ont pu aussi caractériser l'arrangement des grains à l'intérieur du cylindre 2. Et ils ont répété l'expérience pour différents diamètres et hauteurs de cylindre jusqu'à obtenir à chaque fois un tassement du sable homogène.

Reste maintenant à étudier le comportement du sable en présence du métal. Mais d'ores et déjà, "ces travaux ont permis à la fois à Ferraz Shawmut de mieux comprendre certains problèmes de production et à nous physiciens d'avancer sur notre connaissance fondamentale des milieux granulaires", se réjouit Gérard Thomas, le responsable de l'équipe.