N°363 - Mai 2005

L’ingénierie des surfaces

Il est bien connu que les traitements thermochimiques de type cémentation et carbonitruration, premiers signes de l’ingénierie des surfaces, réalisés autrefois sur fer doux puis sur acier en milieu austénitique datent de plusieurs millénaires. La science des surfaces métalliques est, quant à elle, beaucoup plus récente. Elle a connu un important essor au cours de ces trois dernières décennies grâce au développement de nouvelles méthodes de caractérisation qui sont devenues plus sensibles. Simultanément à cela, de nouvelles technologies de traitement utilisant des atmosphères à basse pression et le quatrième état de la matière, à savoir le plasma, se sont développés. D’autre part, les relations entre caractérisations de surface et propriétés d’emploi ont été établies, comme notamment les propriétés tribologiques, de tenue à la corrosion, à la fatigue, etc. Il est bien admis que les propriétés surfaciques et volumiques des matériaux sont généralement distinctes. La prise de conscience de l’importance technologique de ces différences et leur mise à profit sont récentes.
En effet, ce n’est que dans les années 1980-85 que le concept d’ingénierie des surfaces ou "Surface Engineering" cher au prof. Tom Bell de l’université de Birmingham, est apparu.
L’ingénierie des surfaces repose sur le principe de conception d’une pièce mécanique comme un système global, tenant en compte à la fois les propriétés de la surface et celles de son support, en vue d’améliorer les performances d’un organe mécanique à un coût acceptable, étant bien entendu que ni les propriétés de surface ni celles du cœur ne peuvent assurer la fonction d’ensemble ou posséder chacune toutes les propriétés à elle seule.
On pourra donc utiliser toutes les procédés de traitement existants, traditionnels ou nouveaux, en vue de créer un pseudo matériau composite, aux propriétés combinées ou à gradient fonctionnel. On parle également de traitement duplex.
L’idée de base est d’assurer un choix de matériaux et de traitements en intégrant les contraintes et les astreintes d’utilisation. Cela implique donc la recherche des caractéristiques optimales dans chacune des zones de la pièce en fonction des sollicitations identifiées (ductilité à cœur, gradient de propriétés mécaniques en surface, localisation des contraintes de Hertz, résistance à l’usure en extrême surface…). Aussi l’orientation vers les traitements multiples apparaît naturelle, comme : la nitruration + oxydation + imprégnation, nitruration + dépôt PVD, la cémentation + shot peening, dépôt + diffusion, dépôt PVD multistrate, dépôt chimique + dépôt PVD, dépôt nanostructuré.
L’ingénierie des surfaces permet de solutionner les nouvelles exigences d’emploi des pièces mécaniques, qui sont amenées à résister à des sollicitations toujours plus sévères (plus proches de leurs capacités maximales), plus complexes ou multifonctionnelles.
De plus, l’ingénierie des surfaces  permet aux concepteurs, mécaniciens et traiteurs à façon de pouvoir proposer des solutions innovantes afin de mieux lutter contre une compétition internationale acharnée et d’assurer un maintien d’une valeur ajoutée la plus élevée.                                                                                                              

 Patrick JACQUOT Directeur technique, Bodycote