L'aluminium est un matériau clé pour une mobilité durable et des produits économes en ressources. Cependant, sa production est énergivore. Des chercheurs de l'institut Fraunhofer pour les machines-outils et la technologie de mise en forme IWU montrent maintenant comment les restes de production, les copeaux d'aluminium et les pièces en mousse d'aluminium usagées peuvent être réintroduits de manière ciblée dans le processus de fabrication.
Les résultats ouvrent de nouvelles voies pour une production circulaire de mousse d'aluminium et pourraient réduire considérablement l'utilisation de matières premières.
La mousse d'aluminium est l'un des matériaux de structure particulièrement légers. En raison de sa faible densité, de sa grande capacité d'absorption d'énergie et de ses bonnes propriétés d'amortissement, elle convient, entre autres, aux applications dans la construction automobile, dans les structures de machines, dans le bâtiment ou dans les systèmes de construction légère économes en énergie. Cependant, sa production se fait aujourd'hui principalement à l'aide de poudres d'alliage d'aluminium, dont la production est relativement complexe et coûteuse.
Les chercheurs de l'IWU se sont donc concentrés sur un levier de durabilité jusqu'alors peu considéré : l'utilisation de matériaux circulaires dans la fabrication de mousse par métallurgie des poudres. Au centre de leurs travaux se trouvaient des copeaux d'aluminium de qualité, des restes de production et des matériaux en fin de vie, qui peuvent être mécaniquement traités et utilisés comme matière première pour de nouvelles mousses d'aluminium.
Copeaux traités plutôt que nouvelle poudre
Une approche particulièrement prometteuse consiste à remplacer partiellement ou totalement la poudre d'alliage d'aluminium (neuve) produite de manière énergivore par des copeaux d'aluminium traités.
Les études ont montré qu'en broyant et en classant (en triant par taille) les copeaux, une matière première sous forme de poudre est obtenue, qui peut être transformée avec succès en demi-produits mousseux. Les mousses produites à partir de ces matériaux atteignent des structures et des densités comparables à celles des mousses d'aluminium fabriquées de manière conventionnelle.
« L'utilisation des déchets de production directement dans le cycle des matériaux offre d'importants potentiels écologiques et économiques », explique le Dr.-Ing. Jörg Hohlfeld, responsable du groupe Mousse Métallique à l'IWU. Il est particulièrement à noter que la production d'aluminium secondaire nécessite beaucoup moins d'énergie que celle de l'aluminium primaire. Cela permet de réduire à la fois les coûts des matériaux et les émissions de CO₂.
Des déchets de production à un matériau fonctionnel
Les chercheurs ont également étudié le traitement de plus grands restes d'aluminium tels que des films, des bobines (déchets de découpe de grands rouleaux de tôle d'aluminium) ou des matériaux de jante. Grâce à des processus mécaniques en plusieurs étapes tels que le découpage, le concassage, le broyage et le criblage, des tailles de particules définies pour la fabrication de mousse ont pu être produites. Les pièces usagées en mousse d'aluminium peuvent également être réintégrées dans le cycle des matériaux. Pour cela, l'équipe a développé des stratégies appropriées pour le broyage, le tri et le traitement conforme aux matériaux.
Il est particulièrement important de noter que le recyclage ne se limite pas à une simple fusion. Au contraire, l'IWU poursuit des approches de ce que l'on appelle le recyclage en phase solide. Cela permet de conserver de grandes parties de la structure matérielle existante, ce qui permet d'économiser de l'énergie supplémentaire et d'éviter les pertes de matériaux.
Nnouvelles perspectives pour l'économie circulaire dans la construction légère
Les résultats montrent que les déchets d'aluminium sous forme de poudre peuvent être utilisés comme alternative techniquement équivalente à la poudre d'alliage d'aluminium nouvellement produite. Cela rapproche une fabrication de mousses d'aluminium beaucoup plus respectueuse des ressources. Les chercheurs y voient un élément clé pour des chaînes de valeur circulaires, en particulier dans des secteurs avec de fortes exigences en matière de construction légère, comme l'industrie automobile, la construction de machines ou la technologie ferroviaire.
Pour une mise en œuvre industrielle, les travaux doivent maintenant être poursuivis. Les futurs projets de recherche visent notamment à stabiliser les propriétés des matériaux de qualités de déchets fluctuantes ainsi qu'à réaliser des analyses de cycle de vie complètes. Cela devrait permettre de prouver quantitativement les avantages écologiques de la fabrication de mousse à base de déchets et de préparer la technologie pour une large utilisation industrielle.
Partenaires de recherche recherchés
L'IWU est heureux de contribuer à des projets de recherche avancés et se réjouit de trouver des partenaires souhaitant collaborer à la sécurisation et à l'élargissement des études et des bases de données sur la circularité de la mousse d'aluminium.
Contexte : Mousse d'aluminium
La mousse d'aluminium est un matériau de structure métallique ultraléger avec une densité nettement inférieure à un gramme par centimètre cube. En raison de sa grande rigidité à faible poids ainsi que de ses propriétés d'absorption d'énergie et d'amortissement, elle est utilisée notamment dans des structures sandwich, des systèmes de crash et des composants de construction légère. L'IWU étudie depuis de nombreuses années des procédés de fabrication économes en ressources ainsi que des concepts de recyclage et de circularité pour ce matériau.
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