Des déchets et pièces d'occasion aux matériaux haute performance
L'institut Fraunhofer IWU ouvre de nouvelles voies de recyclage pour la mousse d'aluminium
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L'aluminium est un matériau essentiel pour la mobilité durable et les produits économes en ressources, mais sa production nécessite d'importantes quantités d'énergie. Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour les machines-outils et les technologies de formage (IWU) ont désormais démontré comment les déchets de production, les copeaux d’aluminium et les composants en mousse d’aluminium en fin de vie peuvent être systématiquement réintégrés dans le processus de fabrication. Leurs résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour la production circulaire de mousse d’aluminium et pourraient réduire considérablement le recours aux matières premières primaires.
La mousse d’aluminium est l’un des matériaux de structure les plus légers qui soient. Grâce à sa faible densité, à sa grande capacité d’absorption d’énergie et à ses excellentes propriétés d’amortissement, elle convient notamment à des applications dans l’ingénierie automobile, les structures de machines, le bâtiment et les systèmes légers à haute efficacité énergétique. Aujourd’hui, cependant, la mousse d’aluminium est principalement produite à partir de poudres d’alliages d’aluminium, dont la fabrication est relativement complexe et coûteuse.
Les chercheurs de l’IWU Fraunhofer se sont donc intéressés à un levier de durabilité largement négligé : l’utilisation de matériaux circulaires dans la production de mousse par métallurgie des poudres. Leurs travaux se sont concentrés sur des copeaux d’aluminium propres, issus d’un seul alliage, des rebuts de production et des matériaux en fin de vie pouvant être traités mécaniquement et réutilisés comme matière première pour de nouvelles mousses d’aluminium.
Des copeaux traités à la place de la poudre vierge
Une approche particulièrement prometteuse consiste à remplacer partiellement ou totalement la poudre d’alliage d’aluminium vierge, très gourmande en énergie, par des copeaux d’aluminium traités. Les recherches ont montré que le broyage et le criblage des copeaux permettent d’obtenir une matière première de type poudre pouvant être transformée avec succès en produits semi-finis moussables. Les mousses ainsi obtenues présentent des structures et des densités comparables à celles des mousses d’aluminium fabriquées de manière conventionnelle.
« L’utilisation directe des déchets de production au sein du cycle des matériaux offre un potentiel environnemental et économique considérable », explique le Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, responsable du groupe « Mousses métalliques » à l’IWU de Fraunhofer.
Il est particulièrement important de noter que la production d’aluminium secondaire nécessite bien moins d’énergie que celle d’aluminium primaire. Cela permet ainsi de réduire à la fois les coûts des matériaux et les émissions de CO₂.
Transformer les déchets de production en matériaux fonctionnels
Les chercheurs se sont également penchés sur le traitement de résidus d’aluminium de plus grande taille, tels que les feuilles, les bobines et les matériaux de jantes de roues. Grâce à des procédés mécaniques en plusieurs étapes comprenant la découpe, le broyage, le concassage et le tamisage, ils ont obtenu des tailles de particules définies, adaptées à la production de mousse. Les composants en mousse d’aluminium en fin de vie peuvent également, en principe, être réintégrés dans le cycle des matériaux. Pour y parvenir, l’équipe a développé des stratégies adaptées de broyage, de tri et de retraitement spécifiques à chaque matériau.
Un aspect particulièrement important est que le recyclage ne se limite pas à une simple refonte. Au contraire, l’IWU de Fraunhofer s’oriente vers des approches dites de « recyclage à l’état solide ». Dans ces procédés, une grande partie de la structure initiale du matériau est conservée, ce qui permet de réaliser des économies d’énergie supplémentaires tout en minimisant les pertes de matière.
De nouvelles perspectives pour l’économie circulaire dans l’ingénierie de l’allègement
Les résultats montrent que les déchets d’aluminium sous forme de poudre peuvent constituer une alternative techniquement équivalente à la poudre d’alliage d’aluminium nouvellement produite. Cela permet d’envisager une production de mousses d’aluminium nettement plus économe en ressources. Les chercheurs y voient un élément constitutif important des chaînes de valeur circulaires dans l’industrie de la transformation des métaux, en particulier dans les secteurs soumis à des exigences strictes en matière de construction légère, tels que l’ingénierie automobile, la construction mécanique et le transport ferroviaire.
Les travaux vont désormais se poursuivre en vue d’une mise en œuvre industrielle. Les futures activités de recherche porteront notamment sur la stabilisation des propriétés des matériaux malgré les fluctuations de qualité des déchets, ainsi que sur la réalisation d’analyses complètes du cycle de vie. Ces efforts visent à quantifier les avantages environnementaux de la production de mousses à partir de déchets et à préparer cette technologie à une adoption industrielle à grande échelle.
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