Alliage à mémoire de forme

Les alliages à mémoire de forme (AMF) sont des produits métalliques récents qui présentent un potentiel d'innovation important et commencent à avoir des applications industriels ou grand public. Certains sont à base d'aluminium, cuivre ou zincou de titane. Le matériau commerecialisé le plus connu est certainement le Nitinol, commercialisé par la société eponyme qui fait déjà l'objet d'applications industrielles.

Historique
Le phénomène qui donne son nom aux alliages à mémoire de forme n'a été observé pour la première fois que dans les années 1930 par le chercheur suédois Arne Ölander, qui avait noté la capacité de l'alliage or-cadmium (Au-Cd) de retrouver une forme connue après avoir été déformée , observation qui fut aussi faite par Chang et Read vers la même époque. Peu de temps après, en 1938, Greninger et Mooradian, et parallèlement Kurdyumov, constatèrent l'existence du même phénomène dans le laiton (alliage cuivre-zinc). L'effet mémoire de forme fut trouvé pendant les années qui suivirent dans plusieurs alliages: les système fer-platine, indium-cadmium, fer-nickel, nickel-aluminium et dans l'acier inoxydable.

Ce n'est cependant qu'en 1962, à la découverte d'un effet mémoire de forme dans un intermétallique d'un alliage de nickel-titane par Buehler et Wiley du Naval Ordnance Laboratory (d'où le nom "nitinol" est tiré: nickel-titane Naval Ordnance Laboratory), que l'intérêt pour la recherche et le potentiel commercial des AMF prit réellement son envol. Depuis, en plus des alliages quasi-équiatomiques nickel-titane, certains autres alliages montrant des caractéristiques de mémoire de forme furent développés, les plus populaires commercialement étant certains alliages contenant du cuivre, Cu-Al-Ni et Cu-Al-Zn.

Le couplage des propriétés magnétiques et thermiques a été récemment démontré dans le Ni-Mn-Ga. La transformation martensitique est toujours sous contrôle thermo-élastique, mais les variantes de martensites obtenues peuvent être orientées par l'application d'un champ magnétique, ouvrant ainsi la voie à une contrôle magnétique des AMF.

Parmi les usages grands public des matériaux à mémoire de forme, citons certains pare-chocs de voiture.

Différents Effets
Les Alliages à Mémoire de Forme (AMF) regroupent un ensemble d'alliages métalliques présentant diverses propriétés :

• La superélasticité : l'alliage est capable de se déformer énormément (jusqu'à 10%) de manière réversible sous l'effet d'une contrainte
• L'effet mémoire simple sens : l'alliage est capable de retrouver par chauffage sa forme initiale après une déformation mécanique
• L'effet mémoire double sens : l'alliage est capable après " éducation " d'avoir deux positions stables, l'une au dessus d'une température dite critique et l'autre en dessous
• L'effet caoutchoutique : l'alliage (sous forme matensitique auto-accommodée) subissant une déformation conserve au relâchement une déformation résiduelle ; si le matériau est à nouveau contraint puis déchargé, cette déformation résiduelle augmente
• L'effet amortissant : l'alliage est capable d'amortir des chocs ou d'atténuer des vibrations mécaniques. En effet la super-élasticité ou même simplement l'élasticité de la phase martensitique présentent un phénomène d'Hystérésis qui entraîne une dissipation de l'énergie.

Applications
Les propriétés particulières du nitinol et des autres AMF eurent vite fait d'intéresser les ingénieurs et chercheurs, et plusieurs applications ont été imaginées pour ce nouveau matériau. Pour en donner une idée, en février 1990, la liste des brevets demandés pour des applications impliquant des alliages à mémoire de forme était aussi longue que variée : nettoyeur à vide, appareil pour endormir, nouvelle méthode pour la fabrication des chaussures, tissus à mémoire de forme, couches, bateau-jouet, cravate, valve de refroidisseur d'huile, méthode de fabrication du béton... Si les idées sont nombreuses, les applications réelles le sont bien moins et les succès commerciaux se font encore rares.


Lunette à mémoire de forme

Quelques exemples d'application :
- Capteur de température (type bilame mais mono-matériau), par exemple dans des friteuses.
- Actionneurs en robotique.
- Manchons d'accouplement.
- Agrafes pour fractures osseuses.
- Stents.
- Outils dentaires.
- Fils d'orthodontie.
- Pince chirurgicale.
- Monture de lunettes
- Armature de soutiens-gorges.

Les alliages à mémoire de forme, des nouveaux marchés pour la fonderie ?