Pourquoi cette plateforme d'e-learning sur les matériaux composites et métalliques ?

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Book: Pourquoi cette plateforme d'e-learning sur les matériaux composites et métalliques ?
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Date: Saturday, 20 July 2024, 9:06 PM

Description

Cliquez et parcourez la table des matières de cet article par le menu qui s'affiche.

1. Le changement climatique et la transition énergétique

L’effet de serre est un phénomène ancien et vital accentué par les activités humaines. Cependant, l’accroissement de la concentration des gaz à effet de serre est source d’un effet de serre additionnel qui provoque le réchauffement climatique.
Une concentration en grande partie due à la consommation d’énergies fossiles que différentes politiques, nationales ou internationales, s’attachent à réduire afin de favoriser une baisse des émissions de carbone.
L'avenir de notre planète, dans l’objectif d’atteindre une neutralité carbone stoppant la dégradation climatique, passe par une société de la sobriété et par la responsabilisation des acteurs. Tous les enjeux sont interdépendants : énergie, déchets, qualité de l'air, préservation des ressources…
Pour ne pas subir la décarbonation économique et, par la même une transformation brutale de notre monde social et salarial, il convient :
  • d'anticiper l'évolution de la demande de main-d’œuvre ; pour plus d'explication, cliquez sur le bouton suivant :
  • d’identifier les besoins d'adaptation de l'offre de main-d’œuvre et les leviers clés ; pour plus d'informations sur les besoins, sur le bouton suivant :
  • de proposer un pilotage territorial et national fort et concentré, soit une nouvelle politique industrielle.
Sur le plan des produits manufacturés et des matériaux, il est prévu un taux de recyclage du plastique et de l'acier de plus en plus important. Il est également prévu de favoriser les réparations pour allonger la durée de vie.
Cette transition énergétique, climatique, et finalement également économique et sociale, nous pousse à nous questionner : quelle offre pour répondre à la demande de nouveaux emplois ?
Pour atteindre les objectifs de neutralité carbone en 2050 (-5% par an) il convient d’adapter l'offre de main-d’œuvre au travers de 3 enjeux majeurs :
  1. comprendre les enjeux (permettre le même niveau de connaissance des enjeux aux employés et aux patrons d’entreprise)
  2. faire évoluer les pratiques (notamment par les choix de matériaux, de procédés, mais aussi grâce à de nouvelles stratégies d’entreprises)
  3. développer de nouvelles compétences, notamment par une formation initiale mieux adaptée et une formation continue plus proche du salarié et en lien avec les besoins de l’entreprise.



2. La décarbonation, le développement durable et la RSE

Dans le monde d’aujourd’hui et encore plus dans l’avenir, nous avons le devoir de favoriser des solutions techniques respectant le cadre du développement durable (sustainability).
Le développement durable est « un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs », citation de Mme Gro Harlem Brundtland, Premier Ministre norvégien (1987). Comme vous le voyez cette notion déjà ancienne est pourtant très actuelle.
La Responsabilité sociétale des Entreprises (RSE), née dans les années 1960, est la mise en pratique du développement durable par les entreprises. Elle est aujourd’hui considérée comme le socle de l’entreprise. Elle est au centre de la stratégie des entreprises et des préoccupations liées au développement durable dans leurs activités. Elle incite l'entreprise à développer un comportement responsable, éthique, social et humain vis à vis de ses salariés, des clients, des fournisseurs, des partenaires sociaux, de l’environnement… et du futur.
Pour cela plusieurs outils ou méthodes sont disponibles pour cultiver la RSE. Il s’agit notamment de :
  • l'éco-conception,
  • le biomimétisme,
  • les matériaux et structures intelligents,
  • l'utilisation des fibres naturelles ou biosourcées,
  • l'utilisation de résines biosourcées,
  • le respect du processus de gestion des risques des substances chimiques (REACH).

Dans la suite, nous allons rapidement aborder les cinq premiers points puis aborderons le bilan carbone.

2.1. L'éco-conception

L’éco-conception, démarche centrée sur le produit :
Elle consiste à intégrer la protection de l’environnement dès la conception d’un produit ou des ensembles constitutifs d’un produit. Elle a pour objectif de réduire les impacts environnementaux des produits tout au long de leur cycle de vie : extraction des matières premières, production, distribution, utilisation et fin de vie.
Elle se caractérise par une vision globale de ces impacts environnementaux : c’est une approche multi-étapes (prenant en compte les diverses étapes du cycle de vie) et multi-critères (prenant en compte les consommations de matière et d’énergie, les rejets dans les milieux naturels, les effets sur le climat et la biodiversité).
A titre d’exemple, le ski « Attraxion » :
  • Il est constitué de fibres de lin à raison de 20% de la quantité de fibres utilisées,
  • Il n’utilise que 50% de la quantité d’encre habituellement utilisée sur les skis
  • Il possède une semelle issue à 25% de semelle recyclée.
  • De plus ce ski est construit autour d’un noyau en peuplier issu d’une forêt de culture contrôlée et labellisée PEFC.
ski


2.2. Le biomimétisme

Le biomimétisme, inspiration du vivant :
Il désigne un processus d'innovation et une ingénierie. Il s'inspire des formes, matières, propriétés, processus et fonctions du vivant. Il peut concerner des échelles nanométriques et biomoléculaires avec par exemple l'ADN et l'ARN, et jusqu'à des échelles macroscopiques et écosystémiques.
A titre d’exemple, on peut citer l’apparition de winglets en bout d’aile d’avion. Ceci est venue du constat que les oiseaux rapaces présentaient des plumes en bout d’aile capable de diminuer les forts tourbillons d’air en vol et dans les phases de planage (pour les rendre plus efficace).
Chez les rapaces, les extrémités des rémiges s'écartent pour créer 5 petits tourbillons qui améliorent le rendement énergétique du vol (voir la photo ci-dessous).
Aigle dans le ciel
Aigle dans le ciel
Les avions commencent à copier cette particularité. Pour le moment, on en voit surtout avec une ailette presque verticale située à l'extrémité des ailes.
Winglet
Winglet : ailette en extrémité d'aile

Le Winglet sert à réduire la trainée induite par la portance, à faire des économies de carburant (3 à 5%) et à réduire l’envergure des gros porteurs.
Ci-dessous une illustration de ce qui serait le plus profitable à priori : si on décompose le gros tourbillon en plusieurs petits tourbillons, cela offre une plus faible résistance et l'avion (comme l’oiseau) dépense moins d'énergie.
Plusieurs winglets en bout d'aile


2.3. Les matériaux et structures intelligents

Les matériaux et structures intelligents, c’est-à-dire sensibles, adaptatifs et évolutifs :
Ils possèdent des fonctions qui leur permettent de se comporter comme un capteur (détecter des signaux), un actionneur (effectuer une action sur son environnement) ou parfois comme un processeur (traiter, comparer, stocker des informations).
Ces matériaux sont capables de modifier spontanément leurs propriétés physiques en réponse à des excitations naturelles ou provoquées venant de l'extérieur ou de l'intérieur du matériau.
Par exemple, il devient possible de détecter des faiblesses de structures dans le revêtement d'un avion, des fissures apparaissant dans un bâtiment ou un barrage en béton ; ils permettent de réduire les vibrations de pales d’hélicoptère, ou ils peuvent être insérer dans les artères sous forme de filtres qui se déploieront pour réduire le risque de dispersion de caillots sanguins.
Regardons de plus près deux types de matériaux intelligents :
Les matériaux à mémoire de forme :
ils sont emblématiques des matériaux intelligents : déformés à froid, ils retrouvent leur forme de départ au-delà d'une certaine température par suite d'un changement de phase. Le principe physique de base repose sur une transformation réversible.
On peut citer comme exemple d’utilisation des secteurs comme l’industrie biomédicale (implant, prothèses, agrafes orthopédiques, fils pour appareils orthodontiques, corbeilles pour calculs rénaux ou encore des stents coronaires), l’aéronautique (décalage de fréquences nuisibles, atténuation de bruits), l’aérospatiale (déploiement d’antennes), l’horlogerie (ressort dans le mécanisme d’une montre), le nucléaire (tubes), le bâtiment (lamelle de matériau mémoire de forme pour renforcer par précontrainte le béton pour la construction de ponts, structure anti-sismique).
Stent : actif ou nu, comme se déroule la pose d'un stent ?
Un stent coronaire
En images : déploiement réussi d'une antenne expérimentale japonaise
Une antenne déployable de satellite
Les matériaux composites auto-réparables ou auto-cicatrisants:
Ils le sont essentiellement au niveau du matériau de la matrice, pas de la fibre.
Pourquoi uniquement au niveau de la matrice ? Parce que faire retrouver à la fibre la continuité mécanique nécessaire au passage des contraintes n’est pas envisageable aujourd’hui.
Par contre pour régénérer ou auto-réparer les matrices, plusieurs procédés ont été imaginés. Ils consistent à permettre localement, à l’endroit du choc qui a provoqué une fissure, la présence de capsules, nodules ou micro-tubes remplis de constituants de la réparation (par exemple : catalyseurs, solvants, durcisseurs et résines de base). Ces derniers rompus lors du choc s’infiltrent, se mélangent et reconstituent la matrice par polymérisation.
autocicatrisation
Illustration d'une réparation auto réalisatrice




2.4. L’utilisation de fibres naturelles ou biosourcées

Les fibres naturelles sont d'origine animale ou végétale. Les plus utilisées sont les fibres de coton, lin et chanvre, ou encore de sisal, jute, kénaf ou coco.
Les produits biosourcés sont des produits industriels non alimentaires obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse (végétaux par exemple).
En substituant les matières premières fossiles utilisées par l'industrie, cette filière contribue à réduire la dépendance aux ressources fossiles et certains impacts environnementaux et sanitaires de nos biens de consommation.
Ce type de fibres possède des avantages par rapport aux fibres de verre employés dans plusieurs secteurs comme le nautisme, l'automobile ou l'aéronautique.
 Les fibres naturelles sont plus légères que le verre et le carbone, leur production est moins énergivore et elles atténuent davantage le bruit, notamment en cabine d’avion pour le confort des passagers. Elles permettent d’envisager plusieurs centaines de kilogrammes d’économie sur un avion ou sur du matériel ferroviaire et plusieurs dizaines de kilogrammes sur un véhicule automobile.
Néanmoins elles présentent des inconvénients qui sont principalement des caractéristiques inférieures aux fibres de carbone. De ce fait elles ne peuvent pas être utilisées sur des structures fortement sollicitées.
Les applications sont variées et les renforts se présentent sous forme de tissus techniques pour thermodurcissables et pour thermoplastiques.
Par exemple :
  • des casques d’équitation :
utilisées pour les casques d'équitation, les fibres naturelles peuvent remplacer avantageusement les fibres de verre notamment grâce à sa légèreté et sa capacité à absorber les chocs, mais aussi car les fibres de lin sont locales, écologiques, recyclables et renouvelables.
casque
Casque d'équitation
  • des éléments de carrosserie d’automobile (de compétition) :
ainsi pour Porsche, l’avantage dans l’utilisation des fibres de lin est évident sur le plan environnemental :  “Les pièces non structurelles façonnées dans des matériaux composites armés de fibres naturelles offrent les mêmes avantages en termes de résistance et d’allègement que celles moulées en polymère renforcé de fibre de carbone. En revanche, leur fabrication est moins énergivore et plus économique : elle émet environ 75 % de CO2 en moins qu’une pièce en fibre de carbone ».
carrosserie fibre de lin
Carrosserie avant d’une automobile de compétition
habillage Porte en lin
Intérieur de portière de voiture (95 gr de CO2 au lieu de 130 traditionnellement)
  • des coques et ponts de voiliers de plaisance :
l’utilisation de fibres de lin sur un voilier montre un petit surcoût (de quelques %) et un surpoids de quelques dizaines de kilogrammes, mais plus la demande augmentera, plus les coûts vont diminuer. Le lin est local, il vient de Normandie et plus de Chine.
La fibre de lin se révèle plus agréable à travailler que la fibre de verre car elle est beaucoup moins irritante, et pour les conditions de travail, c’est incomparable : la poussière n’est pas agressive, contrairement à celle de la fibre de verre
Dans la construction des parois et des sandwich, le feutre a été remplacé par du liège, et la mousse synthétique par de la mousse PET, à base de bouteilles en plastique recyclées.
Virgin Mojito
Voilier de série en fibres de lin (le Virgin Mojito)




2.5. L’utilisation de résines biosourcées

Contrairement aux fibres biosourcées, les résines ne sont pas toujours à 100% biosourcées.
Les polymères thermoplastiques biosourcés le sont partiellement ou totalement, mais les polymères thermodurcissables ne le sont aujourd'hui que partiellement, à raison d'environ 50% de résines végétales et environ 50% de produits issus du pétrole.

2.6. Le bilan carbone

Pour répondre aux demandes du développement durable et de la RSE, dans l'objectif de neutralité carbone en 2050, les entreprises doivent travailler à remplacer des matériaux par d’autres plus décarbonés. Par exemple remplacer un matériau métallique par un composite à matrice végétale.
Aujourd’hui en France, la réalisation d'un Bilan Carbone est obligatoire pour les entreprises de plus de 500 salariés.
Le Bilan Carbone est composé de deux livrables principaux :
    1. le calcul des émissions de gaz à effet de serre de l'organisation
    2. la définition d'actions pour réduire les émissions sur la durée
      Il doit permettre à une entreprise :
        • de structurer la stratégie climat dans le cadre de sa politique RSE,
        • d’identifier des actions concrètes de réductions des émissions et donc de l’impact global,
        • d’évaluer sa vulnérabilité face au changement climatique.
           Il est donc clair que l’objectif du bilan carbone est d’aider à décarboner (réduire les émissions de gaz à effet de serre) les produits, les process et les expériences clients, dès maintenant, et dans le futur.
           Cette démarche rentre donc dans les mesures de durabilité (sustainability) qui sont incontournables.
           Les crédits carbone (c’est-à-dire les tonnes équivalent carbone économisées par l’entreprise) peuvent être revendus sur le marché de la compensation volontaire.

          3. Conclusion : la raison de notre proposition d'e-learning

          Pour décarboner les process (et donc les matériaux et les moyens de production associés), il est clair que l’utilisation adéquate des matériaux composites à base de matrice organique et des alliages métalliques performants passe par une bonne maitrise des notions fondamentales sur la connaissance des matériaux et sur leur mise en œuvre industrielle.

          Les matériaux composites contribuent aux perspectives d'emploi dans un contexte bas carbone, notamment par leur longévité, par l’adaptation de leurs performances mécaniques et par l’utilisation de plus en plus possible de constituants biosourcés.


          Les matériaux métalliques ont évolué vers des caractéristiques mécaniques de plus en plus compétitives sur des fonctions mécaniques de plus en plus adéquates et raisonnées, ce qui contribue également à l’amélioration du bilan carbone déjà obligatoire pour les entreprises de plus de 500 employés.



          Ainsi, connaître les caractéristiques, les avantages, les limites technico-économiques, les principes des procédés de base et de procédés plus perfectionnés permet d’envisager le remplacement de matériaux et de procédés par d’autres plus décarbonés.

          C’est ce que nous proposons avec cette formation e-learning de type base encyclopédique et modulaire sur les matériaux composites et métalliques.
          Elle permet d’aborder les notions fondamentales sur les matériaux employés et les procédés de fabrication de pièces et de structure avec pour ambition d’ouvrir votre réflexion à de futurs projets dans le respect :
          • des exigences de la RSE,
          • des objectifs de développement durable (sustainability),
          • de l’objectif de neutralité carbone en 2050 et
          • de l’enrichissement des expériences clients.

          Cette formation e-learning permet ainsi :
          • une autonomie pédagogique : la formation à distance, permet l’utilisation de la formation sur le lieu de travail et dans un contexte d’activités, sur ordinateur, tablette et smartphone,
          • une consultation directe des unités d'apprentissage abordant un sujet répertorié dans la liste des TAGs (étiquettes permettant l’accès direct à l’ensemble des contenus abordant le sujet),
          • une auto-évaluation au fil des cours grâce à des exercices corrigés permettant à l'apprenant un contrôle continu de son apprentissage,
          • la possibilité de s’évaluer, avec obtention d’une note et d’un badge, à l’aide de quiz disponibles à la fin de chaque cours.