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Donner vie aux connaissances scientifiques

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Maxus 8 : des métaux dans l’espace

Mis à jour le 22 mars 2013
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Le 26 mars 2010, décollait la fusée de recherche MAXUS 8 du centre spatial de Kiruna, en Suède. Ce vol a permis à l’équipe d’Yves Fautrelle, professeur de Grenoble INP - Ense3 et chercheur au laboratoire SIMAP, d’étudier le comportement de fusion et de solidification des alliages de titane et d’aluminium en apesanteur.

Pouvez-vous nous décrire l'expérience réalisée en Suède ? Yves Fautrelle : Maxus 8 est une fusée de quinze mètres de long, capable de transporter jusqu'à 800 kilogrammes de matériel à une altitude de 750 kilomètres. Des modules sont aménagés à l'intérieur pour réaliser des expériences scientifiques en apesanteur durant une quinzaine de minutes. Les données issues de ces expériences sont obtenues soit par télémétrie pendant le vol, soit après récupération de la charge utile. Les scientifiques contrôlent directement les expériences au moyen de télécommandes et de caméras. Nous avons quant à nous utilisé ce vol pour étudier le comportement de fusion et de solidification des alliages de titane et d'aluminium en apesanteur.
Fusion des métaux dans l'espace - illustration libre - Yocar - Fotolia
Dans quel cadre s'inscrit cette expérience ? Y. F. : Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet IMPRESS (Intermetallic Material Processing in Relation to Earth and Space Solidification). Ce dernier est un projet intégré de 42 millions d'euros cofinancé par l'ESA et la Commission européenne dans le secteur des sciences des matériaux. À ce titre, 150 scientifiques européens et russes collaborent au développement de nouveaux alliages intermétalliques en vue d'applications industrielles telles que la réalisation d'aubes de turbine de grande dimension et de poudres pour le stockage d'hydrogène dans les piles à combustible. Au SIMAP, nous étudions plus particulièrement les alliages de titane-aluminium, utilisés pour fabriquer les aubes de réacteurs d'avion. Ces dernières sont des pièces métalliques ultra-sophistiquées, dont le coût peut allègrement dépasser celui d'une voiture. Elles sont en effet conçues pour résister à des températures très élevées. Or, cette grande résistance est conférée par une structure particulière des atomes au cœur du métal, laquelle demande des conditions drastiques d'élaboration. De fait, les alliages sont très réactifs et se polluent rapidement au contact de l'oxygène. Qu'avez-vous observé ? Y. F. : En faisant varier les températures jusqu'à 1700°C, nous avons pu étudier d'autres phénomènes telle que la transition structurelle, qui peut être à l'origine de la formation de structures en colonnes ou de grains dans le métal, ou encore de la séparation des éléments d'alliages due à la différence de densité entre les grains et leur environnement. Enfin, nous avons analysé l'effet "champagne" provoqué par l'ajout de particules nucléantes dans le mélange. Vous savez que le champagne doit ses bulles à la présence d'aspérités à la surface du verre ? Ces dernières retiennent en effet l'air nécessaire constituant le germe nécessaire à la formation des bulles. Ici, c'est la même chose, ou presque : les grains qui se forment lors de la solidification de l'alliage sont plus nombreux en présence de particules nucléantes. Quel intérêt de faire ces expériences en apesanteur ? Y. F. : Dans l'espace, il n'y a pas de sédimentation des grains, qui sont de ce fait répartis de façon uniforme dans l'alliage. Cela facilite l'analyse et la modélisation du phénomène que l'on peut ainsi observer à l'état pur : on sépare la germination de l'effet de la convection. Les résultats de ces expériences seront comparés à ceux obtenus lors d'expériences au sol, pour améliorer la précision de la modélisation informatique des techniques de moulage pour les industriels.
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mise à jour le 22 mars 2013

Univ. Grenoble Alpes