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MOUSSES MÉTALLIQUES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
l’échelle de la cellule, très utiles pour la compréhension des phénomènes physiques,
restent encore complexes à exploiter et à synthétiser dans des outils
utilisables à l’échelle des prototypes. Ces pseudo propriétés sont alors bien
souvent exprimées en fonction d’une part des propriétés du matériau de base,
et d’autre part de la densité relative de la mousse métallique.
Enfin, l’orientation des études sur les propriétés des mousses métalliques a
été naturellement imposée par les utilisations potentielles de ces nouveaux
matériaux.
Cet article propose donc une approche structurée par application, pour les
principaux domaines d’utilisation actuels des mousses métalliques (crash,
balistique, échange thermique, médical).
Les relations entre la composition, la morphologie des mousses métalliques
et les propriétés résultantes sont présentées pour chacun des domaines, ainsi
que les caractéristiques clés correspondantes.
1. Préambule
Le comportement très particulier de ce type de matériau est
intimement lié (figure 1) àsa courbe de compression, très caractéristique,
qui présente un plateau de déformation à contrainte
constante et autorise donc une utilisation pour l’absorption
d’énergie [N 3 802].
Parution : juin 2015 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200034092 - // charlotte PALMA // 195.25.183.153
Les propriétés étudiées dans cet article ne sont pas exhaustives,
mais centrées sur celles utiles fonctionnellement pour les applications
intégrant des mousses métalliques [N 3 802].
Les propriétés des mousses métalliques sont très dépendantes
de leurs structures elles-mêmes tributaires des procédés de fabrication.
Ces différents aspects ne sont pas abordés dans cet article,
mais traités dans « Mousses métalliques – Structures et procédés
de fabrication » [N 3 800].
2. Compression et absorption
d’énergie
2.1 Rappel
Contrainte (MPa)
Zone 1 Zone 2 Zone 3
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Déformation (%)
Figure 1 – Courbe de compression type d’une mousse métallique
N3801–2
2.2 Crash
2.2.1 Incidence de la valeur de contrainte plateau
Pour l’usage d’une mousse métallique en absorption d’énergie
(crash), la valeur de contrainte plateau reste la caractéristique la
plus importante puisqu’elle pilote l’énergie absorbable pour un
volume de mousse donné. Cette valeur est généralement exprimée
en fonction de la nature et de la densité de la mousse, souvent sur
la base d’essais de compression [1].
Pour un même matériau métallique, la structure de la mousse
influe sur le comportement en compression. Les structures fermées
(mousses) présentent généralement (figure 2) des valeurs supérieures
à celles des structures ouvertes (éponges). Ces propriétés
varient, dans des proportions importantes, avec les procédés de
fabrication. Par exemple [2], la différence d’énergie absorbée entre
une mousse d’aluminium réalisée par bullage (Cymat) et par métallurgie
des poudres (Schunk) peut varier d’un facteur 3 pour une
densité comparable de 0,28.
Valeur plateau (MPa)
25
20
15
10
5
Structure ouverte
Structure fermée
Modèle de Ashby
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0
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
Densité relative
Figure 2 – Comparatif des valeurs de contrainte de plateau sur
quelques mousses d’aluminium