Mousse à mémoire de forme

Des résultats de recherche scientifique surprenants suggèrent de nouvelles applications
Par Virginia Heffernan

Revue Nickel, mars 2008 -- Aux États-Unis, des chercheurs affirment avoir découvert un procédé de fabrication d’alliage à mémoire de forme qui soit plus économique et plus rapide que le procédé actuel, et qui procure un rendement énergétique supérieur. Le procédé consiste à créer davantage d’espace entre les cristaux individuels.

La découverte, réalisée conjointement par les experts en matière de mousse à la Northwestern University et par ceux du domaine de la mousse à mémoire de forme à la Boise State University, consiste à convertir un alliage de nickel-manganèse-gallium en une mousse qui change de forme sous l’effet d’un champ magnétique et qui reprend sa forme initiale lorsque le champ magnétique est inversé.

La mousse pourrait être utilisée, à titre d’exemples, pour remplacer une machine compliquée par un mécanisme plus simple nécessitant moins de pièces, pour accroître l’efficacité de minuscules dispositifs de contrôle des mouvements, ou encore pour mieux contrôler les émissions de moteurs à combustion en accélérant le mouvement des soupapes.

« Les constructeurs de véhicules automobiles européens cherchent à mettre au point des soupapes dont le mécanisme serait basé sur l’emploi d’alliages à mémoire de forme magnétique, déclare le Professeur Peter Müllner de la Boise State University. Dans ce domaine d’application, la rapidité d’action est primordiale. »

En effet, l’un des principaux avantages des alliages à mémoire de forme magnétique réside dans le fait qu’ils réagissent plus rapidement que les alliages activés par la température. De plus, leur aptitude à réagir à distance fait qu’ils pourraient être utiles dans des domaines d’application biomédicale (p. ex., pour ouvrir une artère à l’aide d’une endoprothèse vasculaire).

Pourtant jusqu’à maintenant, ces matériaux ont été fonctionnels uniquement sous forme de cristaux uniques, qui sont coûteux et compliqués à développer.

C’est pourquoi l’équipe de Northwestern-Boise a entrepris de créer un matériau qui possède à peu près les mêmes excellentes propriétés de déformation d’un cristal de nickel-manganèse-gallium, tout en évitant les coûts élevés ainsi que les dépenses de temps et d’énergie qu’il faut pour produire des cristaux individuels.

Afin d’atteindre cet objectif, le Professeur David Dunand et
M. Yuttanant Boonyongmaneerat, Ph. D., du département de science et génie des matériaux (Materials Science and Engineering Department) de la Northwestern University, ont versé de l’alliage de nickel-manganèse-gallium en fusion dans une pastille poreuse de poudre d’aluminate de sodium. Le nickel constituait plus de la moitié du matériau en fusion. Après la solidification du métal, les chercheurs ont lessivé l’oxyde dans de l’acide, ce qui a laissé de grands espaces vides dans l’alliage.

La mousse métallique qui résulte du procédé ressemble à un morceau de tire-éponge, où les cristaux individuels peuvent se déplacer. Dans du métal polycristallin ordinaire, les cristaux se développeraient dans différentes directions sous l’effet d’un champ magnétique et annuleraient mutuellement leurs mouvements.

Lorsque le Professeur Müllner et M. Markus Chmielus, étudiant de troisième cycle, ont exposé la mousse à un champ magnétique, ils ont découvert qu’elle se déformait de 0,12 %, ce qui représente un résultat considérablement inférieur au taux de déformation d’un cristal individuel, mais demeure remarquable, puisqu’il est soixante fois supérieur à ce qui avait été observé auparavant dans du métal polycristallin.

« Les résultats ouvriront de nouvelles avenues de recherche axées sur les applications industrielles », déclare le Professeur Müllner.

Le principal concurrent de la nouvelle mousse métallique est le Terfenol D, un autre alliage ferromagnétique qui avait été mis au point aux fins d’application militaire dans des sonars. Le matériau convertit un champ magnétique en puissance mécanique, mais possède un taux de déformation maximum d’environ 0,12 %. Si
M. Dunand et le Professeur Müllner pouvaient obtenir un meilleur résultat en explorant les possibilités de leur nouvelle mousse, ils pourraient bien obtenir un matériau de remplacement efficace, à la fois plus léger et moins coûteux, destiné à des applications telles que les actionneurs et les capteurs magnétomécaniques.

Virginia Heffernan est une collaboratrice scientifique indépendante établie à Toronto.

ILLUSTRATIONS : Boise State University

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