Les publications 2014 de la revue Traitements et Matériaux

De fantastiques challenges pour les ingénieurs et techniciens

Le salon de l’automobile qui a ouvert ses portes en ce début du mois d’octobre témoigne de la capacité de cette industrie à faire face aux défis qui la concernent. De multiples innovations y sont présentées, innovations qui sont là pour répondre aux enjeux de performance attendus associant notamment la réduction de la consommation de carburant, une autonomie accrue et la poursuite de la réduction de l’impact sur la qualité de l’air dans les agglomérations. à coté de l’impressionnante montée en puissance des applications digitales, ces innovations tiennent pour beaucoup à l’introduction de solutions matériaux associant de nouveaux matériaux et des technologies de traitement innovantes : utilisation accrue d’alliages légers dans les carrosseries, groupes moto propulseurs compacts mais en capacité de transmettre des couples très élevés, réduction des frottements, électrification croissante des fonctionnalités. Ces exemples illustrent les programmes sur lesquels des dizaines de milliers d’ingénieurs et de techniciens de la filière automobile travaillent chez les constructeurs, leurs fournisseurs et les pôles de recherche technologique. à coté des succès de la filière aéronautique française, on ne doit en effet pas oublier les formidables avancées technologiques qui s’annoncent dans les filières industrielles porteuses que sont la filière automobile qui se réinvente pour atteindre l’objectif de 95 g/km de CO2 en 2020, le secteur de l’énergie avec la construction d’éoliennes offshore géantes de 6 MW en attendant l’arrivée d’éoliennes flottantes, la mise au point de solutions sûres et économiques pour le stockage de l’énergie, le développement de réacteurs nucléaires de 4e génération...
Toutes ces aventures industrielles suscitent déjà de formidables programmes de recherche et de développement et entraînent avec elles laboratoires et centres spécialisés sur les matériaux, métalliques et non métalliques. Ces projets constituent de fantastiques challenges pour les ingénieurs et techniciens qui embrassent ces carrières. Déjà, de nouvelles révolutions s’annoncent avec les technologies de fabrication additive qui ont déjà investi le secteur des appareillages médicaux et chirurgicaux et bientôt les nouvelles générations de moteurs à haute efficacité énergétique.
Les matériaux et le numérique constituent, avec l’émergence de nouveaux business model, des piliers de l’industrie du futur. Sachons-en convaincre les jeunes qui sont encore trop peu nombreux à risquer l’aventure des matériaux.

Pierre Bruchet, président de l’A3TS

Les normes mal entendues !

En traitement des matériaux, les mesures, réalisées pour le contrôle des produits ou des processus de fabrication, ont été profondément modifiées par les certifications qualité et leur généralisation dans les entreprises. à titre d’exemple, l’examen des pratiques de mesure de dureté lors des premiers audits, avait un caractère un peu surréaliste. Il mettait en présence (et très souvent en conflit !) un professionnel persuadé que la mesure de dureté qu’il réalisait était un très bon outil pratique pour qualifier la validité de son traitement et un auditeur, souvent mécanicien, qui avec son habitude des mesures dimensionnelles voulait voir appliquer les mêmes règles qu’en mécanique. Des mots jusque-là exclus du vocabulaire des praticiens des traitements ont alors fait leur apparition, dont le plus flagrant est celui « d’incertitude de mesure ». Quel chemin parcouru depuis ces débuts pas si lointains jusqu’aux travaux du Cetim sur ce sujet et ceux décrits dans les excellents articles parus dans la revue Traitements & Matériaux sous les plumes d’Eric Laffineur (Marle Nogent) et de Monsieur Osmond (PSA Peugeot Citroën). Actuellement, nous assistons à une nouvelle poussée de la qualité qui ayant réglé le problème des systèmes de management avec les certifications ISO 9001, EN 9100, ISO TS 16 949, s’intéresse de plus près au processus de fabrication. Ainsi fleurissent et prospèrent de nouvelles accréditations imposées par les grands donneurs d’ordres : Nadcap pour l’aéronautique, CQI-9 dans le domaine automobile. Ces deux accréditations ont pour point commun d’exiger, ou pour le CQI-9, de s’inspirer, pour les mesures de température, d’une norme maintenant mondialement appliquée et mythique (surtout pour la difficulté à la comprendre et la mettre en application), l’AMS 2750. On pouvait donc s’attendre, sous ce nouvel aiguillon, à de nouveaux progrès touchant les mesures qui sont associées au processus de fabrication. Hélas, il n’en est rien, et plus particulièrement pour les mesures de températures qui sont au cœur de nombreux procédés en traitement des matériaux. Pire, ce sont des exigences de métier qui traduisent une attitude proche de celle évoquée plus haut pour notre praticien et ses duretés qui s’imposent actuellement pour la température. L’AMS 2750 ignore magnifiquement et totalement la notion d’incertitude et certaines de ses pratiques laissent sans voix les spécialistes de la mesure. 
Ce constat est connu, depuis longtemps, mais il est resté sans suite et aucune ouverture n’est apparue lors de la dernière révision de la norme AMS 2750 en juillet 2012. Les donneurs d’ordres, trouvant évidemment des points de faiblesse dans cette norme, rajoutent des exigences qui leur sont propres sans agir sur le fond et sans apporter de tolérances ou d’aménagements liés à cet aspect. Actuellement, si une entreprise souhaite améliorer la qualité et la précision de ses mesures de température, elle doit utiliser une méthode permettant d’évaluer ses incertitudes, puis ensuite entreprendre des actions pour les réduire. En revanche, si cette même société veut être accréditée, elle doit suivre une autre démarche qui lui donnera le droit, au nom de la facilité de vérification par les auditeurs, de transgresser les notions les plus élémentaires de la métrologie et qui lui interdira certaines bonnes pratiques pourtant validées par les métrologues et en usage dans les sociétés accréditées par le Cofrac. Comme on le voit, la métrologie a encore une large marge de progression et de beaux jours en perspective dans nos professions !

Christian Tournier, consultant

To be or not to be Reach compatible

Être ou ne pas être compatible avec la réglementation Reach. L’industrie de la chimie en France est dans une situation délicate, sous contrainte, elle subit de surcroît la crise économique qui persiste. Les entreprises du traitement de surface sont également dans une situation difficile qui plus est avec la baisse régulière de la production automobile française. Les DREAL en remplacement des DRIRE en charge de la prévention des pollutions et des risques sévèrisent  le contrôle et la sécurité des sites industriels. La réglementation Reach se rajoute à la situation actuelle avec l’ensemble des exigences qui y sont associées (changements technologiques). Comment les donneurs d’ordres vont-ils gérer ces changements technologiques ? Et si Reach était une opportunité et non une contrainte ! Et si Reach était une opportunité d’investir dans la R&D, d’embaucher du personnel qualifié à forte technicité, une opportunité de déposer plus de brevets ! L’opportunité de construire un avenir innovant et durable ! Tout cela relève du défi, mais la France a les moyens de bien faire et de se démarquer de ses voisins européens. Les grandes écoles, les universités offrent qualifications et projets collaboratifs. On pourra également compter sur une politique volontariste dans le domaine de l’apprentissage, sauf si la réforme en cours sur le financement de l’apprentissage privait les entreprises de leurs besoins réels en personnel qualifié. Pouvons-nous compter sur le soutien financier des banques ou uniquement sur l’enthousiasme de certains chefs d’entreprise ! La reprise économique, est-elle là ? Et si oui, est-elle à un niveau suffisant pour relancer notre économie ? À ce jour, beaucoup trop de questions restent en suspens pour que l’on ne s’interroge pas sur le futur de nos industries ! Je reste persuadé que la règlementation Reach peut être un des catalyseurs de la reprise si l’on sait profiter de cette contrainte pour la transformer en opportunité !

Jean-Louis Baudoin, OEM Manager French OEMs, General Metal Finishing, Atotech France 

La modélisation et la simulation numérique pour prévoir, optimiser et innover

Dans le domaine des traitements thermiques et de l’ingénierie des surfaces, la simulation numérique est devenue un outil essentiel et indispensable pour mieux comprendre l’ensemble des processus mis en jeu et leurs interactions et mieux optimiser des traitements. Ainsi par exemple, pour les traitements thermiques des alliages métalliques comme la trempe ou le revenu, les traitements thermiques superficiels avec chauffage par induction, laser, faisceau d’électrons, les traitements thermochimiques (nitruration, cémentation, carbonitruration…) que l’on peut élargir aux procédés de soudage, usinage, on cherchera à optimiser les propriétés mécaniques des pièces via les microstructures tout en maîtrisant les contraintes résiduelles et les déformations. Les outils numériques prennent en compte la modélisation d’une part du comportement des alliages et d’autre part des procédés aux échelles pertinentes, l’implémentation de ces modèles dans des codes de calcul par éléments finis qui doivent être optimisés du point de vue des temps de calcul et des tailles de modèles pour être utilisables dans la pratique industrielle. L’application de ces outils passe par l’obtention de données d’entrée fiables et la validation expérimentale sur éprouvettes et pièces instrumentées. Cette étape est souvent lourde car elle nécessite des essais nombreux et complexes mais elle est indispensable pour s’assurer que les prévisions sont réalistes.  In fine, l’expérimentation numérique permet à l’industriel de trouver les paramètres de traitement optimaux, de le guider dans le choix des matériaux et des traitements et de développer et tester des solutions innovantes en matériaux et procédés. Elle est une aide à la conception de produits plus performants en réduisant les cycles de mise au point et donc les coûts. Mais, il ne faut pas oublier que les modèles sont des simplifications de la réalité et qu’une expérimentation ciblée (grâce à la simulation numérique) sur prototypes représentatifs est le « juge de paix » final. L’innovation portera aussi sur l’enchaînement de modèles et de simulations qui peuvent aller de l’élaboration des alliages métalliques jusqu’au comportement des pièces industrielles en service pour répondre mieux et plus vite aux enjeux majeurs de l’allègement notamment dans des filières telles que l’automobile et l’aéronautique. Le challenge est d’alléger tout en préservant ou améliorant la durabilité, la sécurité et donc les performances ; l’enjeu sociétal de l’énergie gagnée à l’utilisation vaut bien celui de l’énergie dépensée en recherche à réfléchir, comprendre, expérimenter, modéliser et développer de nouvelles approches. Ces différents aspects ont été traités récemment lors de la journée A3TS « Matériaux, Recherche et Procédés » qui s’est tenue à Nancy le 27 mars dernier.

Sabine Denis, Directeur adjoint scientifique Métallurgie et Ingénierie des surfaces, Institut Jean Lamour, Nancy 

Des solutions pour pallier les contraintes économiques

Le contexte économique actuel, en France et en Europe, demande aux acteurs industriels de cette zone de maintenir un niveau technologique supérieur à celui des pays en voie de développement. Pour ce faire, de nombreux états supportent leurs partenaires industriels en mettant en place des organisations dédiées au développement, à la maturation et au transfert vers l’industrie de nouvelles technologies innovantes et différentiantes sur les divers marchés mondiaux. Dans les principales industries des métiers de la mécanique, les contraintes économiques et environnementales nécessitent de développer de nouvelles solutions en termes de matériaux et de traitements de protection. Une fois ces différentes familles de solutions développées, il est alors nécessaire de trouver des combinaisons efficaces répondant aux différentes problématiques industrielles, aussi bien en termes de gains de performance, de sécurité que d’environnement.  L’expérience a montré que pour améliorer l’efficacité d’un traitement et garantir sa longévité, il est nécessaire d’apporter une attention particulière à l’état de surface initial de la pièce à protéger. Cet état doit présenter certaines caractéristiques fortement dépendantes de l’application pour laquelle elle sera utilisée : aspect, adhérence, réactivité de la matière, propreté… Différentes familles de solutions existent à ce jour pour améliorer ces caractéristiques primordiales de la matière à traiter. Parmi les solutions les plus couramment utilisées, on retrouve :
• La préparation mécanique : sablage, grenaillage voie sèche, ponçage, polissage mécanique ;
• La préparation chimique : décapage, polissage électrolytique, passivation, bains ultrasons ;
• La préparation mécanique et chimique : tribofinition, grenaillage voie humide ;
• La préparation énergétique : laser, plasma.

La variété de solutions proposées nécessite une bonne connaissance de ces différentes familles de techniques. Le numéro de Traitements & Matériaux de ce mois-ci vous présente un état de l’art de la préparation de surface, pour parfaire vos connaissances et ainsi réaliser le meilleur choix pour vos applications industrielles ou en cours de développement.

Vincent Rigaud, Ingénieur-Docteur en Science des matériaux, responsable de la production Messier-Bugatti-Dowty.