{"id":444,"date":"2024-04-16T15:57:00","date_gmt":"2024-04-16T13:57:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.minesparis.psl.eu\/cmat\/?post_type=actualites&p=444"},"modified":"2025-09-11T16:56:10","modified_gmt":"2025-09-11T14:56:10","slug":"la-revolution-cold-spray-lart-de-la-projection-dynamique-redefinit-la-fabrication-et-la-reparation-des-pieces-metalliques","status":"publish","type":"actualites","link":"https:\/\/www.minesparis.psl.eu\/cmat\/actualites\/la-revolution-cold-spray-lart-de-la-projection-dynamique-redefinit-la-fabrication-et-la-reparation-des-pieces-metalliques\/","title":{"rendered":"La r\u00e9volution Cold Spray : l\u2019art de la projection dynamique red\u00e9finit la fabrication et la r\u00e9paration des pi\u00e8ces m\u00e9talliques"},"content":{"rendered":"\n
Le proc\u00e9d\u00e9 de projection dynamique par gaz froid, en anglais Cold Spray, est fond\u00e9 sur l\u2019acc\u00e9l\u00e9ration des particules d\u2019une poudre, projet\u00e9e \u00e0 l\u2019aide d\u2019un gaz chauff\u00e9 et sous pression, atteignant des vitesses supersoniques gr\u00e2ce \u00e0 une buse convergente-divergente. Dans la premi\u00e8re partie convergente de cette buse, l’\u00e9coulement est port\u00e9 \u00e0 la vitesse du son, tandis que dans la seconde partie divergente, cet \u00e9coulement est acc\u00e9l\u00e9r\u00e9 \u00e0 une vitesse supersonique gr\u00e2ce \u00e0 un processus de d\u00e9tente, similaire \u00e0 celui des moteurs de fus\u00e9es. Les particules, qui ont acquis de hautes vitesses tout en gardant une temp\u00e9rature relativement faible, sont projet\u00e9es \u00e0 l\u2019\u00e9tat solide sur un substrat. Leur d\u00e9formation plastique \u00e0 l\u2019impact active certains m\u00e9canismes \u2013 qui font encore d\u00e9bat dans la communaut\u00e9 scientifique \u2013 responsables de leur adh\u00e9sion sur le substrat.<\/p>\n
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Diagramme montrant l’\u00e9volution de la pression (P), de la vitesse (V) et de la temp\u00e9rature (T) tout au long des sections d’une\u00a0buse convergente-divergente. La temp\u00e9rature et la pression chutent au fur et \u00e0 mesure de la progression du gaz, tandis que sa vitesse augmente jusqu’\u00e0 atteindre celle du son au niveau du col.<\/em><\/p>\n Il est possible ainsi de construire un d\u00e9p\u00f4t de mati\u00e8re par empilement des particules de poudre d\u00e9form\u00e9es sur le substrat, ouvrant \u00e0 de nombreuses applications. Celles-ci peuvent \u00eatre regroup\u00e9es en trois cat\u00e9gories principales\u00a0:<\/p>\n Rev\u00eatement composite m\u00e9tal-m\u00e9tal projet\u00e9 par Cold spray. Le substrat appara\u00eet en noir, dans la partie inf\u00e9rieure de l\u2019image. La matrice est un acier inox et les particules plus claires sont faites d\u2019un acier \u00e0 outils (tr\u00e8s dur). Les zones noires dans le rev\u00eatement sont des pores. D\u2019apr\u00e8s la th\u00e8se de Laurent Aubanel.<\/em><\/p>\n Bien que de plus en plus reconnue, cette technique de d\u00e9p\u00f4t \u00e0 froid est encore consid\u00e9r\u00e9e comme innovante. Le proc\u00e9d\u00e9 Cold spray a connu un essor ind\u00e9niable ces derni\u00e8res ann\u00e9es, car il offre la possibilit\u00e9 de r\u00e9aliser des d\u00e9p\u00f4ts m\u00e9talliques denses et \u00e9pais tout en conservant la puret\u00e9 des poudres projet\u00e9es. Ces caract\u00e9ristiques recherch\u00e9es, combin\u00e9es \u00e0 la mise sur le march\u00e9 d\u2019\u00e9quipements industriels robustes et int\u00e9grables dans une cha\u00eene de fabrication, continuent de susciter un vif int\u00e9r\u00eat dans de nombreux secteurs industriels tels que l’a\u00e9ronautique, le biom\u00e9dical et l’\u00e9nergie.<\/p>\n Le Centre des Mat\u00e9riaux Pierre-Marie Fourt<\/a> de Mines Paris \u2013 PSL a \u00e9t\u00e9 l\u2019un de premiers laboratoires en France \u00e0 s\u2019\u00e9quiper d\u2019un syst\u00e8me Cold spray, au d\u00e9but des ann\u00e9es 2000. Michel Jeandin, alors directeur de recherche au laboratoire, a largement contribu\u00e9 \u00e0 l\u2019essor du proc\u00e9d\u00e9 en France, gr\u00e2ce \u00e0 de nombreuses \u00e9tudes. Vincent Guipont<\/a> et Francesco Delloro,<\/a> deux enseignants-chercheurs au Centre ont continu\u00e9 et d\u00e9velopp\u00e9 l\u2019activit\u00e9 suite au d\u00e9part \u00e0 la retraite de Michel Jeandin.<\/p>\n <\/p>\n Michel Jeandin, directeur de recherche au Centre des Mat\u00e9riaux <\/em>de Mines Paris \u2013 PSL, \u00e0 l\u2019occasion de sa pr\u00e9sentation inaugurale \u00e0 la conf\u00e9rence internationale THERMEC’18, \u00e0 la Cit\u00e9 des sciences et de l\u2019industrie, \u00e0 Paris.<\/em><\/p>\n L’activit\u00e9 de recherche sur le Cold spray au Centre des Mat\u00e9riaux comprend de nombreux projets, dont certains en collaboration avec l’industrie. Au cours des quatre derni\u00e8res ann\u00e9es, sept th\u00e8ses de doctorat portant sur ce proc\u00e9d\u00e9 ont \u00e9t\u00e9 encadr\u00e9es et soutenues au sein du laboratoire. A titre d\u2019exemple, la th\u00e8se de Laury-Hann Brassart (soutenue en 2022), financ\u00e9e par EDF, a \u00e9tudi\u00e9 les propri\u00e9t\u00e9s d\u2019un acier inox fabriqu\u00e9 par Cold spray et leur \u00e9volution quand on effectue un traitement thermique pour en am\u00e9liorer les performances m\u00e9caniques.<\/p>\n <\/p>\n Essais de flexion de rev\u00eatement \u00e9pais d\u2019acier inox sur acier, obtenus par Cold spray. Sans traitement thermique le comportement du mat\u00e9riau Cold spray est plut\u00f4t fragile. Le traitement thermique permet de retrouver une bonne ductilit\u00e9. D\u2019apr\u00e9s la th\u00e8se de L.-H. Brassart, en collaboration avec EDF.<\/em><\/p>\n La recherche men\u00e9e sur le Cold spray est incontestablement reconnue pour sa grande qualit\u00e9, comme en t\u00e9moignent les prix d\u00e9cern\u00e9s en 2023. En effet, Laurent Aubanel<\/a> a re\u00e7u le prix Bodycote de la SF2M<\/a>\u00a0 ainsi que le prix Hirn pour la meilleure th\u00e8se fran\u00e7aise en tribologie (la science de l’usure, des frottements et de la lubrification) pour sa th\u00e8se intitul\u00e9e \u00ab Etude du comportement tribologique en r\u00e9gime lubrifi\u00e9 de rev\u00eatements Cold spray composites \u00e0 base d\u2019acier \u00bb, r\u00e9alis\u00e9e au Centre des Mat\u00e9riaux, en partenariat avec Renault et soutenue en 2022. De plus, Michel Jeandin a \u00e9t\u00e9 intronis\u00e9 au Hall of Fame de la Thermal Spray Society<\/a> et a re\u00e7u \u00e0 Yokohama la M\u00e9daille IHHTSE<\/a> – International Federation for Heat Treatment and Surface Engineering, r\u00e9compensant l’ensemble de sa carri\u00e8re.<\/p>\n <\/p>\n Laurent Aubanel, sp\u00e9cialiste des mat\u00e9riaux et des rev\u00eatements, ainsi que de leurs proc\u00e9d\u00e9s de mise en \u0153uvre, auteur d\u2019une th\u00e8se intitul\u00e9e \u00ab\u00a0\u00c9tude du comportement tribologique en r\u00e9gime lubrifi\u00e9 de rev\u00eatements cold spray composites \u00e0 base d\u2019acier\u00a0\u00bb, r\u00e9alis\u00e9e au Centre des Mat\u00e9riaux, en partenariat avec Renault.<\/em><\/p>\n L’utilisation du choc laser se r\u00e9v\u00e8le \u00eatre un outil remarquable dans l’\u00e9tude du Cold spray. Cette technique est fond\u00e9e sur l\u2019utilisation d\u2019un laser qui \u00e9met des impulsions de tr\u00e8s courte dur\u00e9e (quelques nanosecondes), permettant ainsi de concentrer une haute puissance sur un temps tr\u00e8s court. L\u2019interaction de ce laser avec la mati\u00e8re g\u00e9n\u00e8re une onde de compression m\u00e9canique intense (le choc), qui se propage dans le mat\u00e9riau. Deux d\u00e9veloppements du choc laser appliqu\u00e9s aux mat\u00e9riaux produits par projection de poudre pour l\u2019obtention de rev\u00eatements (cold spray, plasma, flamme..) ont \u00e9t\u00e9 initi\u00e9s au Centre des Mat\u00e9riaux : le LASAT<\/a> (Laser Shock Adhesion Test) et le LASHPOL<\/a> (Laser Shock Powder Launcher). Actuellement, l\u2019\u00e9quipement de choc laser est employ\u00e9 pour d\u00e9velopper le proc\u00e9d\u00e9 LSD (Laser Shock Densification) dans le cas de composants poreux.<\/p>\n Le Centre des Mat\u00e9riaux s’investit \u00e9galement dans le partage des savoirs et la mise en r\u00e9seau des acteurs du Cold Spray, \u00e0 travers la cr\u00e9ation en 2006 et l’animation du Club Cold Spray ; le Club vise \u00e0 rassembler les laboratoires, les centres de transfert et les entreprises industrielles int\u00e9ress\u00e9s par le proc\u00e9d\u00e9 Cold spray. Au fil des ann\u00e9es, le Club a pris de l’ampleur pour devenir l’\u00e9v\u00e9nement de r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 l’\u00e9chelle europ\u00e9enne autour de ce proc\u00e9d\u00e9. La mission du Club est d’exposer et d’aborder les questions relatives \u00e0 la compr\u00e9hension du Cold spray et \u00e0 l’analyse des mat\u00e9riaux qui sont r\u00e9alis\u00e9s par cette voie nouvelle. Pour ce faire, il est propos\u00e9 dans le cadre du Club de mener des \u00e9changes actifs autour de pr\u00e9sentations et de d\u00e9bats en groupe lors des r\u00e9unions et de favoriser la mise en r\u00e9seau de membres acad\u00e9miques et industriels r\u00e9partis dans le monde entier.<\/p>\n Il reste aujourd\u2019hui encore des verrous \u00e0 lever, justifiant la n\u00e9cessit\u00e9 de poursuivre la recherche dans ce domaine.<\/p>\n Notamment, la question de la poudre reste centrale vis-\u00e0-vis des performances des mat\u00e9riaux obtenus par Cold spray. Si certains mat\u00e9riaux, comme la plupart des m\u00e9taux purs, se projettent assez facilement, de nombreux alliages d\u2019int\u00e9r\u00eat industriel ont du mal \u00e0 \u00eatre utilis\u00e9s en cold spray, ce qui constitue un frein consid\u00e9rable \u00e0 l\u2019\u00e9mergence de nouvelles applications. Souvent, la solution \u00e0 ces probl\u00e8mes se trouve dans la poudre. Les \u00e9tudes et les m\u00e9thodes d\u00e9velopp\u00e9es au Centre des Mat\u00e9riaux permettent d\u2019abord de comprendre si les raisons d\u2019une mauvaise projetabilit\u00e9 d\u2019un mat\u00e9riau sont effectivement \u00e0 chercher dans la poudre et, dans ce cas, peuvent aussi apporter des solutions pertinentes, \u00e0 travers la s\u00e9lection ou la modification des poudres.<\/p>\n La transposition du proc\u00e9d\u00e9 \u00e0 l\u2019\u00e9laboration de d\u00e9p\u00f4ts c\u00e9ramiques suppose de savoir faire adh\u00e9rer des poudres d\u2019un mat\u00e9riau fragile, lanc\u00e9es \u00e0 grande vitesse, sur un substrat, en la faisant rebondir le moins possible et en \u00e9vitant de \u00ab\u00a0d\u00e9caper\u00a0\u00bb le substrat avec la poudre. Dans le cadre du projet ANR CERASOL (2019-2023) coordonn\u00e9 par V. Guipont, en collaboration avec l\u2019IRCER \u00e0 Limoges et deux fabricants fran\u00e7ais de poudres c\u00e9ramiques (Nano\u00e9 et Medicoat France), la th\u00e8se de Geoffrey C\u00e9leste (soutenue en 2023) a fait progresser la connaissance sur la construction de d\u00e9p\u00f4ts c\u00e9ramiques par cold spray, en s\u2019appuyant sur des poudres architectur\u00e9es con\u00e7ues pour dissiper favorablement l\u2019\u00e9nergie \u00e0 l\u2019impact, ainsi que sur le d\u00e9veloppement du proc\u00e9d\u00e9 cold spray basse pression sous vide (plateforme EPROM du Centre des Mat\u00e9riaux).<\/p>\n La ma\u00eetrise de plusieurs proc\u00e9d\u00e9s de fabrication additive au laboratoire , il est possible d\u2019interfacer ces proc\u00e9d\u00e9s afin de r\u00e9aliser des jonctions entre mat\u00e9riaux. On d\u00e9pose, par exemple, un premier rev\u00eatement \u00e9pais \u00ab \u00e0 froid \u00bb par Cold spray sur un substrat qui serait non compatible en pr\u00e9sence d\u2019une zone de dilution issue de la fusion (formation d\u2019interm\u00e9talliques fragiles). Puis, sur cette premi\u00e8re couche devient possible de construire par fusion laser \u00e0 l\u2019aide d\u2019une imprimante 3D m\u00e9tallique. Les bases de ce cha\u00eenage entre proc\u00e9d\u00e9s ont \u00e9t\u00e9 pos\u00e9es avec un superalliage base nickel dans la th\u00e8se de Cl\u00e9a Plouze (soutenue en 2022).<\/p>\n <\/p>\n Francesco Delloro, enseignant-chercheur au Centre des Mat\u00e9riaux, sp\u00e9cialiste des proc\u00e9d\u00e9s de projection thermique, en particulier du Cold spray. auteur d\u2019une th\u00e8se intitul\u00e9e \u00ab M\u00e9thodes morphologique et par \u00e9l\u00e9ments finis combin\u00e9es pour une nouvelle approche de la mod\u00e9lisation 3D du d\u00e9p\u00f4t par projection dynamique par gaz froid (Cold spray) \u00bb.<\/em><\/p>\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n<\/div>\n\n\n francesco.delloro@minesparis.psl.eu<\/a><\/p>\n\n
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\n\u00c0 propos de Francesco Delloro<\/h3>\n
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