{"id":16319,"date":"2022-05-05T09:15:53","date_gmt":"2022-05-05T07:15:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.m-q.ch\/?p=16319"},"modified":"2022-05-13T13:55:36","modified_gmt":"2022-05-13T11:55:36","slug":"recherche-de-materiaux-dans-lespace-avec-participation-suisse","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.m-q.ch\/fr\/recherche-de-materiaux-dans-lespace-avec-participation-suisse\/","title":{"rendered":"Recherche de mat\u00e9riaux dans l'espace avec participation suisse"},"content":{"rendered":"
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Recherche sur les mat\u00e9riaux en apesanteur : des scientifiques de l'Universit\u00e9 d'Ulm lors d'un essai de fusion dans l'Airbus Z\u00e9ro-G de la soci\u00e9t\u00e9 Novespace. (Photo : Airbus Defence and Space)<\/figcaption><\/figure><\/p>\n

Le verre m\u00e9tallique ressemble \u00e0 l'or blanc en termes de couleur, mais il a la duret\u00e9 du verre de quartz. En m\u00eame temps, il est \u00e9lastique et r\u00e9siste aux sels ou aux acides. Il peut \u00eatre trait\u00e9 par impression 3D, par exemple pour des implants m\u00e9dicaux, ou par moulage par injection. Mais avant d'en arriver l\u00e0, il faut encore faire beaucoup de recherche sur les mat\u00e9riaux. A l'Empa, Antonia Neels, la directrice du centre de radiologie de l'Empa, s'int\u00e9resse \u00e0 ce mat\u00e9riau myst\u00e9rieux. Son \u00e9quipe \u00e9tudie la structure interne du verre m\u00e9tallique \u00e0 l'aide de diff\u00e9rentes m\u00e9thodes de rayons X et d\u00e9couvre ainsi des liens avec des propri\u00e9t\u00e9s telles que la d\u00e9formabilit\u00e9 ou le comportement \u00e0 la rupture. M\u00eame pour les professionnels de la science des mat\u00e9riaux, les verres m\u00e9talliques sont un casse-t\u00eate : \"Plus nous regardons les \u00e9chantillons de pr\u00e8s, plus les questions surgissent\", explique Antonia Neels. L'ambition des chercheurs n'en est que plus grande.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

Dans l'espace pour la recherche sur les mat\u00e9riaux<\/h2>\n
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Un \u00e9chantillon de verre m\u00e9tallique devrait \u00eatre envoy\u00e9 dans l'espace d'ici quelques mois. Les propri\u00e9t\u00e9s des mat\u00e9riaux sont \u00e9tudi\u00e9es en apesanteur sur la station spatiale internationale (ISS). Un groupe de chercheurs avec la participation de l'Empa a pr\u00e9par\u00e9 les \u00e9chantillons et les a inscrits aupr\u00e8s de l'agence spatiale europ\u00e9enne ESA pour le vol spatial. L'alliage sp\u00e9cial est fourni par l'entreprise PX Group de La Chaux-de-Fonds, qui fabrique des mat\u00e9riaux pour l'industrie horlog\u00e8re et la technique dentaire. Les chercheurs Markus Mohr et Hans-J\u00f6rg Fecht de l'\"Institute of Functional Nanosystems\" de l'Universit\u00e9 d'Ulm ainsi que Roland Log\u00e9 du \"Laboratory of Thermomechanical Metallurgy\" de l'EPFL \u00e0 Neuch\u00e2tel font \u00e9galement partie de l'\u00e9quipe.<\/p>\n

La fabrication de verre m\u00e9tallique n'est pas si simple : par rapport au verre \u00e0 vitres, les alliages m\u00e9talliques sp\u00e9cialement s\u00e9lectionn\u00e9s doivent \u00eatre refroidis jusqu'\u00e0 cent fois plus vite pour que les atomes de m\u00e9tal ne s'assemblent pas en r\u00e9seaux cristallins. Ce n'est que lorsque la masse fondue se solidifie par choc qu'elle forme un verre. Dans l'industrie, de fines feuilles de verre m\u00e9tallique sont produites en pressant la masse fondue entre des rouleaux de cuivre tournant \u00e0 grande vitesse. Les chercheurs coulent parfois leurs \u00e9chantillons dans des moules en cuivre massif, qui dissipe particuli\u00e8rement bien la chaleur. Mais ces m\u00e9thodes ne permettent pas de r\u00e9aliser des pi\u00e8ces plus grandes et plus massives en verre m\u00e9tallique.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

L'impression 3D aide \u00e0 avancer<\/h2>\n
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Une solution possible pour sortir de ce dilemme est l'impression 3D selon le proc\u00e9d\u00e9 dit du lit de poudre. Une fine poudre de l'alliage souhait\u00e9 est chauff\u00e9e pendant quelques millisecondes par un laser. Les grains de m\u00e9tal fusionnent avec leurs voisins pour former une sorte de feuille. Une fine couche de poudre est alors pos\u00e9e par-dessus, le laser fusionne la poudre fra\u00eechement d\u00e9pos\u00e9e avec la feuille sous-jacente, et c'est ainsi qu'une pi\u00e8ce tridimensionnelle se forme peu \u00e0 peu \u00e0 partir de nombreux grains de poudre bri\u00e8vement chauff\u00e9s.<\/p>\n

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Antonia Neels, chercheuse \u00e0 l'Empa, dirige le centre d'analyse par rayons X. Elle est experte en verres m\u00e9talliques et analysera les \u00e9chantillons provenant de l'ISS. (Image : Empa)<\/figcaption><\/figure>\n

Pour cette m\u00e9thode, un dosage fin de l'impulsion laser est n\u00e9cessaire. Si le laser br\u00fble trop faiblement la poudre, les particules ne fusionnent pas entre elles et la pi\u00e8ce reste poreuse. Si le laser br\u00fble trop fort, il fait fondre \u00e0 nouveau les couches inf\u00e9rieures. La fusion multiple permet aux atomes de se r\u00e9organiser, ils forment des cristaux - et c'en est fini du verre m\u00e9tallique.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

Sur la piste des secrets gr\u00e2ce aux m\u00e9thodes radiographiques<\/h2>\n

Au centre de radiologie de l'Empa, l'\u00e9quipe d'Antonia Neels a d\u00e9j\u00e0 analys\u00e9 plusieurs \u00e9chantillons de ce type issus d'exp\u00e9riences d'impression 3D. Les r\u00e9sultats soul\u00e8vent cependant toujours de nouvelles questions. \"Certains \u00e9l\u00e9ments indiquent que les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques des verres ne se d\u00e9t\u00e9riorent pas, mais qu'elles s'am\u00e9liorent au contraire, lorsque l'\u00e9chantillon contient de petites quantit\u00e9s de cristaux\", explique Antonia Neels. \"Nous nous penchons maintenant sur la question de savoir quelle doit \u00eatre la proportion de ces cristaux dans le verre, et quel type de cristaux doit se former pour augmenter par exemple la flexibilit\u00e9 ou la r\u00e9sistance aux chocs du verre \u00e0 temp\u00e9rature ambiante\".<\/p>\n

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Pour comprendre la croissance des cristaux dans un environnement par ailleurs amorphe, les experts de l'Empa utilisent diff\u00e9rentes m\u00e9thodes de radiographie. \"Avec des rayonnements de diff\u00e9rentes longueurs d'onde, nous pouvons en savoir plus sur la structure des parties cristallines, mais aussi d\u00e9terminer les ph\u00e9nom\u00e8nes de proche ordre des atomes dans l'\u00e9chantillon - autrement dit, d\u00e9terminer les propri\u00e9t\u00e9s des liaisons chimiques\", explique Neels. De plus, l'analyse d'imagerie par rayons X, appel\u00e9e micro-CT, r\u00e9v\u00e8le des variations de densit\u00e9 dans l'\u00e9chantillon. Cela indique une s\u00e9paration des phases et la formation de cristaux. Les diff\u00e9rences de densit\u00e9 entre les zones vitreuses et cristallines sont toutefois infimes. Il faut donc un traitement d'image d\u00e9taill\u00e9 pour pouvoir visualiser la r\u00e9partition tridimensionnelle des parties cristallines.<\/p>\n

Pourquoi faire de la recherche sur les mat\u00e9riaux en apesanteur ?<\/h2>\n

La recherche sur les mat\u00e9riaux effectu\u00e9e jusqu'\u00e0 pr\u00e9sent \u00e0 l'aide de proc\u00e9d\u00e9s 3D a ses limites. La question de savoir \u00e0 quelles temp\u00e9ratures les cristaux mentionn\u00e9s se forment et comment ils se d\u00e9veloppent doit encore \u00eatre r\u00e9solue. Les param\u00e8tres thermo-physiques tels que la viscosit\u00e9 ou la tension de surface jouent un r\u00f4le \u00e0 cet \u00e9gard. Les exp\u00e9riences men\u00e9es sur l'ISS offrent des conditions id\u00e9ales pour les analyser. Afin de tester le comportement en apesanteur, les premi\u00e8res gouttelettes de verre m\u00e9tallique ont \u00e9t\u00e9 mises en suspension \u00e0 titre exp\u00e9rimental d\u00e8s 2019, \u00e0 bord d'un Airbus A310 qui effectuait un vol parabolique. Dans le cadre de l'exp\u00e9rience TEMPUS (processus \u00e9lectromagn\u00e9tique sans creuset en apesanteur), la gouttelette de verre compos\u00e9e de palladium, de cuivre, de nickel et de phosphore a \u00e9t\u00e9 maintenue en suspension \u00e0 l'aide d'un champ magn\u00e9tique et chauff\u00e9e par induction jusqu'\u00e0 1500 degr\u00e9s Celsius. Pendant la phase de refroidissement, deux courtes impulsions de courant d'induction ont fait vibrer la gouttelette incandescente. Une cam\u00e9ra a enregistr\u00e9 l'exp\u00e9rience. Apr\u00e8s l'atterrissage, l'\u00e9chantillon de mat\u00e9riau a \u00e9t\u00e9 analys\u00e9 au centre de radiologie de l'Empa. Mais comme des analyses plus approfondies n\u00e9cessitent une dur\u00e9e d'apesanteur plus longue que celle qui est possible lors d'un vol parabolique, un \u00e9chantillon de mat\u00e9riau a maintenant \u00e9t\u00e9 inscrit pour un vol dans le module europ\u00e9en COLUMBUS de l'ISS. Le four \u00e0 l\u00e9vitation \u00e9lectromagn\u00e9tique ISS-EML y est install\u00e9 depuis 2014. Chaque fois, 18 \u00e9chantillons de mat\u00e9riaux voyagent avec lui, sont chang\u00e9s automatiquement et peuvent \u00eatre observ\u00e9s par les chercheurs sur Terre via un flux vid\u00e9o. Le verre m\u00e9tallique suisse partira dans l'espace avec le prochain lot d'\u00e9chantillons.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

De nouveaux proc\u00e9d\u00e9s de coul\u00e9e par simulation informatique<\/h2>\n
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Les chercheurs veulent g\u00e9n\u00e9rer une simulation informatique de la fonte \u00e0 partir des donn\u00e9es bien plus d\u00e9taill\u00e9es recueillies lors du vol spatial. Ainsi, toutes les r\u00e9ponses seront rassembl\u00e9es dans un mod\u00e8le unique gr\u00e2ce \u00e0 une combinaison d'exp\u00e9riences sur Terre et dans l'espace : Quelle est la viscosit\u00e9 et la tension superficielle \u00e0 quelle temp\u00e9rature ? Quand se forment des cristaux de quelle composition, taille et orientation ? Comment cette structure mat\u00e9rielle interne influence-t-elle les propri\u00e9t\u00e9s du verre m\u00e9tallique ? \u00c0 partir de tous ces param\u00e8tres, les chercheurs veulent d\u00e9velopper une m\u00e9thode de fabrication en collaboration avec le partenaire industriel PX Group, afin de pouvoir produire le mat\u00e9riau tant convoit\u00e9 sous une forme d\u00e9finie. Dans les ann\u00e9es \u00e0 venir, les chercheurs en mat\u00e9riaux de toutes les \u00e9quipes impliqu\u00e9es auront donc encore beaucoup \u00e0 faire.<\/p>\n

Source et informations compl\u00e9mentaires : Empa<\/a><\/em><\/p>\n<\/div>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Le verre m\u00e9tallique ressemble \u00e0 l'or blanc en termes de couleur, mais il a la duret\u00e9 du verre de quartz. En m\u00eame temps, il est \u00e9lastique et r\u00e9siste aux sels ou aux acides. Il peut \u00eatre trait\u00e9 par impression 3D, par exemple pour des implants m\u00e9dicaux, ou par moulage par injection. Mais avant d'en arriver l\u00e0, il faut encore faire beaucoup de recherche sur les mat\u00e9riaux. 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