204 - Matériaux

Le domaine du transport a un besoin criant de se renouveler et d’améliorer ses techniques d’assemblage pour des technologies plus vertes et qui offrent plusieurs possibilités. Dans un objectif environnemental, la construction de structures multi-matériaux, en aluminium et en acier par exemple, permet l’allégement des véhicules ce qui réduit leur consommation de carburant et par le fait même, réduit la production de GES. La soudure par friction-malaxage est une technique d’assemblage qui compte sur un outil rotatif appliquant une forte pression sur les matériaux pour créer de la chaleur en quantité suffisante pour mélanger, à l’état solide, les deux matériaux de mêmes natures ou de natures différentes. L’obstacle majeur de l’implantation de cette technologie est l’usure des outils. Dépendamment des matériaux à assembler, l’outil subit beaucoup d’usure ce qui influence la qualité des soudures et occasionne des coûts pouvant faire pencher la balance pour une autre technologie qui serait plus dommageable pour l’environnement dans une application à grand déploiement. Afin de réduire les coûts environnementaux de la production de nouvelles structures, l’industrie a tout avantage à pouvoir quantifier l’usure des outils suivant une méthode de prédiction éprouvée par la science et donc donner un avantage certain pour la technologie de la soudure par friction-malaxage. Cette recherche porte sur les résultats associés à l’établissement d’une méthode de prédiction de l’usure des outils.

L'utilisation du soudage par friction malaxage (SFM), qui permet l'assemblage à l'état solide de pièces métalliques, se répand constamment dans diverses industries. Bien qu'un joint SFM est de qualité supérieure à un joint soudé par procédé de fusion, des phénomènes indésirables peuvent réduire ses performances mécaniques. En effet, le passage de l'outil lors de la fabrication d'un joint laisse des stries en surface propices à l'amorçage des microfissures de fatigue.

La rigidité d'un équipement de soudage, manifestée par les efforts appliqués lors du procédé, peut causer ce type de défauts en plus d'avoir d’autres répercussions, sur la taille du joint par exemple. C'est ce qui sera mis en lumière dans cette étude, l'objectif étant de déterminer les conditions de soudage qui produit des joints intègres en fonction de la rigidité d'un équipement. Les travaux de recherche porteront notamment sur l'analyse des propriétés mécaniques, de la métallographie et de l'état de surface de joints d'alliage 6061-T6 soudés par différents équipements.

Dans l'ensemble, une comparaison entre une soudure réalisée avec des équipements spécialisés SFM et non spécialisés doit permettre d'évaluer l'effet de la rigidité de ceux-ci sur l'état des joints. À ce propos, si le soudage à l'aide d'un équipement non spécialisé permet de produire un joint de qualité comparable à des équipements spécialisés, cela pourrait convaincre les petits industriels à utiliser cette technologie sans investissement majeur.

La corrosion métallique coûte l’économie des pays des milliards de dollars chaque année, et provoque des problèmes de santé (les prothèses métalliques dans le corps humain), et peux entraîner des blessures graves et des pertes de vies dans le cas de la corrosion des structures.

L’objectif de ce projet est l’élaboration des revêtements en silicate de zirconium ( ZrxSiyOz) afin de réduire le comportement de corrosion de l’aluminium.

Des couches minces de ZrxSiyOz ont été synthétisés par la voie sol-gel, ensuite déposés sur un substrat de l’aluminium par tournette (sping-coating).

Les tests de corrosion réalisés au laboratoire, montrent que les films minces augmentent la résistance à la corrosion de l’aluminium (résistance de polarisation (Rp)) d’une manière remarquable, et l’analyse par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, montre une corrélation entre l’augmentation du temps d’agitation du sol-gel et l’épaisseur de la couche mince.

Le travail expérimental se poursuit dans les prochaines semaines pour analyser la microstructure des couches minces par la microscopie électronique à balayage, et étudier leurs mouillabilités par des mesures de l’angle de contact sur leurs surfaces.

L’accumulation de glace ou de neige collante sur les équipements exposés tels que les ailes d’avions,les pales d’hélicoptère,les pales d’éolienne,les mâts de bateaux,les câbles électriques pose de nombreux problème,comme en témoigne la panne d'électricité causée par la tempête verglas en 2008 dans le nord-est des États-Unis, qui a laissé plus d'un million de personnes sans électricité à un coût estimé $1 milliard US. L'accumulation de glace sur les aéronefs est également responsable de plusieurs problèmes, notamment des retards fréquents et même des incidents mortels tels que l'écrasement du vol 447 d'Air France en juin 2009 qui a tué 228 personnes. Pour pallier cette difficulté une solution intéressante a été inspirée de la nature pour développer des surfaces qui repoussent de l’eau et de la glace, autrement dit des surfaces glaciophobes.Deux approches sont proposées pour l’élaboration des revêtements glaciophobes:La première approche s’appuie sur le principe piégeage d’air en imitant la feuille de lotus.Cette stratégie vise à empêcher la nucléation ou la germination de la glace et favorise l’élimination rapide de gouttelettes d’eau,arrivant sur la surface avant la congélation.La deuxième approche piégeage de liquide est inspirée de la surface péristome glissante d’une plante carnivore Nepenthes.Cette surface a pour objectif la réduction de l’adhésion de la glace sur la surface considérée par l’utilisation d’une couche de liquide organique à l’interface glace/surface solide.

La réactivité des anodes peut être affectée par plusieurs paramètres comme température de cuisson, température de calcination du coke, la qualité du brai aussi bien que la quantité et le type des impuretés. La présence d’impuretés (Na, Fe, V, Ni et Ca) cause la surconsommation des anodes, ce qui réduit leur durées de vie dans la cuve. Il est bien connu qu’une teneur en soufre suffisante permet d’inhiber partiellement les réactions catalytiques conduit à cette surconsommation. Ce projet consiste à étudier l’effet du soufre sur la réactivité des anodes de laboratoire en carbone. Pour cela, nous avons examiné deux types de coke ayant des teneurs en soufre différentes. Plusieurs tests ont été réalisés dans le but de déterminer les paramètres ayant un effet sur la réactivité. Ces résultats montrent que le soufre modifie la réactivité d’anode en agissant sur l’effet catalytique des impuretés métalliques. D’après les résultats obtenus par XPS, le soufre, quel que soit sa forme, cause une modification chimique de certains composants de l’anode. Des tests similaires nécessitent d’être effectués sur des anodes industrielles pour pouvoir généraliser ces résultats.

Les caoutchoucs de silicone, en raison de leur propriété d'hydrophobicité, sont beaucoup utilisés pour les isolateurs à haute tension. Ils sont divisés en deux sous-catégories: vulcanisation à haute température (HTV) et vulcanisation à température ambiante (RTV).

Une surface superhydrophobe avec un angle de contact <150º et un angle de glissement >10º peut être obtenue par une combinaison de matériaux à faible énergie de surface et de surface micro-nanostructurée. De nombreuses méthodes pour créer de telles surfaces telles que les traitements plasma, les dépôts chimiques en phase vapeur et les méthodes électrochimiques peuvent soulever des préoccupations environnementales. Utilisation des modèles pour créer une réplique de surface ayant des micro-nanostructures pourrait être considérée comme la méthode la plus favorable.

Dans ce travail, la fabrication de silicone (HTV) superhydrophobe se fait principalement par deux étapes: fabrication d'une matrice en aluminium par procédé de gravure acide, réplication directe pour fabriquer une surface en caoutchouc ayant des micro-nanostructures. Des surfaces de silicone ayant un angle de contact avec l'eau <160º et un angle de glissement> 6º ont été produites grâce à cette méthode. Les images MEB permettent de vérifier la création de micro-nanostructures à la surface. Les résultats obtenus à partir des spectres FTIR confirme que la réplication directe est une méthode complètement physique et ne change pas la surface chimiquement.

Les surfaces superhydrophobes, inspirées par un grand nombre de phénomènes naturels, tels que les caractéristiques autonettoyantes de la feuille de lotus, ont gagné beaucoup d’intérêt dans les dernières décennies. La rugosité de surface joue un rôle dominant dans la superhydrophobicité et il existe de nombreuses techniques pour créer une rugosité sur la surface. Les traitements de surface par les plasmas sont particulièrement intéressants pour le traitement de surface en conservant les propriétés intrinsèques du matériau traité.

Le plasma non thermique à la pression atmosphérique permet de traiter des surfaces tridimensionnelles et les autres avantages comparés aux techniques basse pression sont : absence de système de vide en général très couteux, possibilité d’intégrer le système dans les lignes automatisées et robotisées de fabrication ainsi que la possibilité de réaliser des traitements sur des surfaces d'équipement en service.

L’objective de travail est le développement des surfaces superhydrophobes par le traitement de plasma. Nous avons étudié l'effet des paramètres opératoires du plasma sur l'hydrophobicité du caoutchouc de silicone. Les paramètres tels que la distance entre le substrat et la buse, la puissance, la fréquence du plasma et le débit gazeux ont été considérés. Dans des conditions spécifiques, un angle de contact de l'eau de 153˚ et une hystérésis 5˚ a été atteint. La formation de rugosité sur la surface a été confirmée par des micrographies MEB.

Au Canada, et dans les pays connaissant des températures hivernales très basses, les installations électriques subissent de grandes perturbations lors de la formation de givre et de glace. Des mesures de dégivrage existent déjà pour tenter d’empêcher des dommages permanents aux équipements, mais des chercheurs ont trouvé cela intéressant de travailler à empêcher la glace de se former au préalable, au moyen de surfaces superhydrophobes et glaciophobes. Deux méthodes pour produire ces surfaces sont l’utilisation de revêtements à appliquer sur les équipements ou le moulage par injection de surfaces microtexturées. Comme tout produit fabriqué, il est important pour une entreprise de pouvoir s’assurer dans une certaine mesure de la réussite de sa fabrication. Un moyen efficace pour cela est d’utiliser la simulation numérique, cependant il n’est pas toujours aisé d’obtenir des simulations qui convergent vers la solution réelle.

L’objectif de cette étude est donc de déterminer les valeurs optimales des paramètres que l’on peut modifier pour pouvoir remplir les microtextures situés sur la surface.

Pour ce faire, nous proposons de faire varier différents paramètres de traitement tels que la pression, la vitesse et la température du moule et du polymère, puis de tester les combinaisons qui nous permettent d’avoir le pourcentage maximal de remplissage de microstructures. Cette étude permettra de réaliser et réussir plus aisément le moulage par micro-injection de surface non mouillable.