FILIÈRE FRANÇAISE DE LA MÉTALLURGIE DES...
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FILIÈRE FRANÇAISE DE LA MÉTALLURGIE DES POUDRES
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Le projet CICéron est un Plan national d’action concerté pour le déploiement en Bourgogne et en Lorraine d’équipements de CIC (Compression Isostatique à Chaud).
Ce Plan permettra de développer
en France des filières métallurgiques
d’avenir à forte valeur ajoutée
créatrices des emplois industriels
de demain sur les segments
stratégiques français que sont
l’aéronautique, l’automobile, le
ferroviaire, l’énergie et l’armement.
Le projet CICéron est soutenu
conjointement par les Régions
BOURGOGNE et LORRAINE.
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AmbitionDoter la France en 3 ans des équipements
de Compression Isostatique à Chaud lui
permettant de devenir incontournable sur
les filières métallurgiques qui ciblent :
• les objets constitués par l’assemblage d’un
même matériau ou de matériaux dissimilaires,
réalisés par soudage-diffusion ;
• les objets massifs de formes et de géométries
complexes "Near Net Shape" (près des cotes)
constitués à partir de poudres métalliques ;
• les objets à porosité résiduelle obtenus par
moulage ou impression 3D (technologies
additives métalliques) qui nécessitent une
densification par élimination de la porosité.
Porteurs du projetDeux régions soutiennent activement ce Plan national d’action concerté baptisé CICéron pour
le déploiement d’équipements de CIC (Compression Isostatique à Chaud) :
La Région LorraineLa DIRECCTE Lorraine, le Conseil Régional de Lorraine, le Commissariat d’Investissement à l’Innovation et à
la Mobilisation Economique (C2IME), la Plateforme Metafensch, le CEA Tech Lorraine, le CEA Liten et la
société ATMOSTAT (Groupe ALCEN), ETI Française qui développent des produits à partir de la technologie de
soudage par diffusion nécessitant une enceinte de Compaction Isostatique à Chaud (CIC) de grande
dimension (1600 mm de diamètre).
La Région BourgogneLa DIRECCTE Bourgogne, le Conseil Régional de Bourgogne, la Communauté urbaine Creusot-Montceau à
travers l’agence Ecosphère, son agence de développement économique, l’Université de Bourgogne et le
Pôle de l’Industrie Nucléaire en Bourgogne (PNB), qui fédère un grand nombre d’industriels du Nucléaire et
de la Métallurgie pour créer un centre d’Excellence en Métallurgie des Poudres en Bourgogne pour la
recherche et développement et la semi-industrialisation qui nécessite pour une bonne maîtrise des lois
d’échelle une enceinte de Compaction Isostatique à Chaud (CIC) de moyenne dimension (660 mm de
diamètre) complétée en amont par une enceinte de Compaction Isostatique à chaud de petite dimension
(200mm de diamètre) qui sera installée dès début 2016 au sein des locaux de l’Université de Bourgogne.
Les acteurs du projet des deux régions se sont mis d’accord pour porter ensemble l’ambition
de doter la France en 3 ans des équipements de Compression Isostatique à Chaud qui
répondent aux exigences d’une filière CIC complète, c’est à dire couvrant l’ensemble de la
chaine de maturité (TRL [1] 1 à 9) d’une nouvelle technologie ou d’un nouveau produit.
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Gradation du projeten plateformes complémentairesPour favoriser l’émergence de "success
stories industrielles" françaises liées aux
technologies de métallurgie des poudres
métalliques ou céramiques, d’assemblage
à l’état solide par diffusion, de prototypage
rapide (fabrication direct net-shape) et de
post-traitement par densification de pièces
issues de fabrications additives métalliques,
la construction concertée sur le territoire
national de plateformes équipées
d’enceintes de compression isostatique à
chaud (CIC) dont la complémentarité
permettra de couvrir l’ensemble de la
chaine de maturation d’une innovation
apparait fondamentale aux porteurs du
projet CICéron.
Face à l’importance des investissements
d’équipements de CIC à réaliser pour lever
les verrous technologiques et industriels
qui participeront à la réussite de ces
filières, notamment ceux qui ont trait à la
maîtrise des lois d’échelle, les porteurs de
projet des régions Bourgogne et Lorraine
ont décidé de s’associer de manière à
rationaliser ces investissements pour
répondre de manière optimale aux
exigences d’une filière CIC complète.
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Système réel achevé et qualifié par des
missions opérationnelles réussies.
Démonstration d’un prototype du système
dans un environnement opérationnel.
Démonstration d’un prototype ou modèle de
système/sous-système dans un environnement
représentatif.
Recherche &
développement
mixte
Recherche amont
laboratoires
Industrie
Validation de composants et/ou de maquettes
en environnement représentatif.
Validation de composants et/ou de maquettes
en laboratoire.
Preuve analytique ou expérimentale des
principales fonctions et/ou caractéristiques
du concept.
Concept technologique et/ou
applications formulés.
Principes de base observés ou décrits.
Système réel achevé et qualifié par des
tests et des démonstrations.
Ø C
IC 200
Ø
CIC
660
Ø
CIC
1600
É C H E L L E T R L Technology Readiness Level /
Niveau de Maturité Technologique
[1] L'échelle TRL (en anglais
Technology Readiness Level,
qui peut se traduire par Niveau
de Maturité Technologique) est
un système de mesure
communément employé
aujourd’hui dans le monde pour
évaluer le niveau de maturité
d'une technologie (matériels,
composants, procédés, etc.)
avant d'intégrer cette
technologie dans un système
opérationnel.
Une invention ou conception
n'est en effet pas
immédiatement applicable et
nécessite des phases
successives
d’expérimentation, de
raffinement et de tests de plus
en plus réalistes.
Une fois la technologie
suffisamment éprouvée, elle
peut être intégrée à un produit
fabriqué industriellement et
commercialisé à grande échelle.
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Cette recherche de complémentarité
permet de relever l’ensemble des défis
économiques, techniques,
environnementaux et organisationnels
au travers d’un projet national de
développement du CIC unique baptisé
CICéron et présentant une gradation de
plusieurs enceintes sur le territoire
national avec un objectif de
déploiement de plateformes
opérationnelles dès 2018.
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Des enceintes CIC de petite taille pour des niveaux de TRL allant de 1 à 3, en particulier,
une machine CIC de 200 mm de diamètre en cours d’acquisition à l’Université de
Bourgogne à Dijon qui viendra compléter l’enceinte CIC de 100 mm déjà installée depuis
plusieurs années au CEA Liten à Grenoble.
Un deuxième niveau de diamètre 660 mm fait l’objet d’un projet au Creusot afin de faire
des développements (TRL 3 à 7) préparant l’industrialisation de pièces par la technologie
CIC, puis la production de petites séries, dans le cadre d’un Centre d’Excellence en
Métallurgie des Poudres pour la recherche et développement et la semi-industrialisation.
L’enceinte sera relativement versatile et bien instrumentée.
Un troisième niveau de diamètre 1600 mm a pour objectif d’équiper la Lorraine d’une
plateforme de taille industrielle indispensable pour relever les défis industriels de demain
pour les trois filières industrielles d’avenir que sont la métallurgie des poudres,
le soudage par diffusion et l’impression 3D pour le métal (TRL 5 à 9).
L’enceinte pourra également être utilisée pour réparer les pièces de fonderie de taille
importante (régression des défauts dits de retassures).
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Enfin, parallèlement au déploiement de
cette filière française d’excellence,
le renforcement des formations
universitaires dans ce domaine d’expertise
est déjà envisagé notamment au sein de
l’Université de Bourgogne Franche-Comté
par la création d’une Licence professionnelle
et d’un Mastère spécialisé.
Ce renforcement est ouvert à d’autres
acteurs en vue de constituer un vivier
d’étudiants pouvant répondre aux besoins
et exigences technologiques et
scientifiques de la filière.
Cette offre complétera les formations
centrées autour des Procédés
Métallurgiques traditionnels déjà bien
établies au sein de l'Université de Lorraine.
Mastère spécialisé
Licence pro Formatio
ns
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Contexte technico-économiqueLes industries stratégiques françaises
(aéronautique, automobile, ferroviaire,
nucléaire, armement,...) font largement appel
aux produits de la métallurgie.
Les conclusions du rapport du Comité
d’Orientation Nationale de la Métallurgie
(CONM) regroupant des personnalités issues
des domaines de la recherche,
de l’enseignement et de l’entreprise
positionnent la métallurgie comme une
composante essentielle de l’industrie
française et comme une composante
aujourd’hui menacée.
Pour la maintenir et la développer au niveau
nécessaire afin qu’elle demeure la force
d’innovation et de revitalisation dont le pays a
le plus grand besoin, le CONM préconise la
formulation et l’élaboration d’alliages
innovants, la métallurgie des procédés de
fabrication et de mise en œuvre en citant
notamment le prototypage rapide (fabrication
direct net-shape) et la compression
isostatique à chaud (CIC).
Et précise que les verrous technologiques et
industriels importants qui restent à lever sont
en particulier ceux qui ont trait à la maîtrise
des lois d’échelle.
Les fabrications mettant en œuvre des
poudres métalliques sont décrites comme
appelées à se développer.
Dans le domaine des plus hautes
températures, les composés intermétalliques
de par leurs liaisons atomiques spécifiques
sont cités comme offrant des propriétés
particulièrement attractives.
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Les techniques relevant de la métallurgie des
poudres présentent un grand intérêt pour
certaines fabrications industrielles :
préparation de céramiques et de métaux
réfractaires, de pièces mécaniques
structurales, de coussinets, de filtres, de
barrières de diffusion, de combustibles
nucléaires.
Elle diffère de la plupart des techniques
métallurgiques en ce qu'elle n'implique jamais
la fusion totale du matériau mis en œuvre.
Elle est employée soit parce qu'elle est un
moyen commode de produire certains métaux
ou alliages dotés de propriétés physiques ou
mécaniques particulières (élaboration de
métaux réfractaires, tel le tungstène,
d'alliages ou de pseudo-alliages de deux
matériaux non miscibles à l'état liquide,
comme le cuivre et le graphite, ou encore de
pièces poreuses dans toute leur masse), soit
parce qu'elle est une méthode de fabrication
relativement économique quand un grand
nombre de petites pièces mécaniques
identiques est requis.
À partir d’un processus d’atomisation du métal
en poudres consolidées par compaction à
chaud (CIC), elle permet en outre d'obtenir
directement les pièces à la forme voulue
même de formes variées, avec peu ou pas de
finition en s’approchant au plus près des côtes
finales tout en pouvant associer plusieurs
matériaux identiques ou dissimilaires.
Comme il n'y a pas de fusion, cette technique
permet de moins chauffer (donc de faire des
économies d'énergie), et d'avoir un retrait très
faible au refroidissement. Cette technologie
permet d’obtenir des surfaces fonctionnelles
ne nécessitant pas d'usinage ultérieur, ce qui
permet d'économiser du matériau et de la
main d'œuvre, donc de réduire les coûts ainsi
que l'impact environnemental.
Cela permet aussi d'avoir des propriétés
mécaniques intéressantes sans faire de
traitement thermomécanique d'où une
économie supplémentaire en dépense
énergétique et en coût.
La compression isostatique à chaud est
également utilisée dans la mise en œuvre de
soudage par diffusion qui est un procédé
d'assemblage à l'état solide qui consiste à
appliquer une force à chaud sur deux ou
plusieurs pièces à souder pendant un temps
donné.
On obtient ainsi des joints homogènes ou
hétérogènes particulièrement résistants,
y compris avec des matériaux réputés non
soudables entre eux (aciers et alliages de Cu,
Ti, Zr...).
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OrganisationUn comité ad hoc de coordination CICéron se
réunit mensuellement pour construire le Plan
national CIC. Son objectif est de coordonner
les plateformes CICéron 200 et CICéron 660
en Bourgogne avec la plateforme CICéron
1600 en Lorraine de manière à doter la France
en 3 ans des équipements de Compression
Isostatique à Chaud qui lui permettront de se
hisser au rang de puissance incontournable
sur les filières métallurgiques ciblées tout en
recherchant à rationaliser les investissements
à réaliser et la complémentarité des
plateformes qui en découle.
Une première phase de faisabilité scientifique
et technico-économique du projet CICéron est
en cours (Phase 1). Deux études sont
actuellement réalisées. La première se
déroule en Bourgogne (Plateforme CICéron
660 pilotée par le PNB et l’Université de
Bourgogne, en collaboration avec l’agence
Ecosphère, un outil économique de la
communauté urbaine Creusot-Montceau).
La seconde se situe en Lorraine (Plateforme
CICéron 1600 pilotée par Metafensch et la
société Atmostat en collaboration avec le
CEA).
Pour la phase suivante (Phase 2) et sur la base
des résultats des études de faisabilité en
cours, la constitution d’entités séparées sera
décidée.
Une première entité construira la plateforme
CICéron 1600 en région Lorraine et une
seconde la plateforme CICéron 660 en région
Bourgogne qui complétera l’équipement
CICéron 200 (plateforme FLAIR de l’Université
de Bourgogne).
Les modèles de fonctionnement des deux
plateformes CICéron 1600 et CICéron 660
différeront certainement car ces dernières ne
répondent pas aux mêmes objectifs
opérationnels.
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CICéron 1600 est une plateforme de services
qui sera pilotée par un opérateur industriel et
commercial sur la base d’un business model
recherchant la rentabilité de son exploitation
dans un environnement potentiellement
compétitif.
CICéron 660 est une plateforme d’innovation
dont l’objectif premier sera le développement
de prototypes de pièces complexes et la
production de petites séries. La plateforme
disposera, à ce titre, d’une société d’exploitation
en charge de la commercialisation et de la
gestion de ses moyens techniques.
Ce dispositif garantira pour chaque client
industriel, la confidentialité et la préservation
de la propriété intellectuelle de ses travaux.
La dernière phase (Phase 3) sera la
qualification et l’ouverture des plateformes
CICéron 1600 et CICéron 660 à l’exploitation.
Le comité de coordination CICéron comprend
les partenaires techniques de la région
Lorraine réunis autour de la plateforme
CICéron 1600 et ceux de la région Bourgogne
autour des plateformes CICéron 660 et
CICéron 200.
Ce comité s’assure de la complémentarité des
deux plateformes qui reposent notamment
sur l’investissement et l’exploitation
d’équipements très onéreux. Il communique
périodiquement aux représentants de l’État et
des Collectivités Territoriales qui soutiennent
le développement de ces plateformes en
Région sur l’avancement des travaux.
Le comité veille à ce que le projet CICéron
réponde aux objectifs du plan national CIC :
permettre aux industriels de passer dans
l’échelle des niveaux de maturation
technologique de leur produits, grâce aux
différentes enceintes, d’un TRL 1-3 (CICéron
200 et CICéron 100 en laboratoires) à un TRL
3-7 (Cicéron 660) jusqu’à un TRL 5-9 (CICéron
1600), ce qui représente les sauts de maturité
déterminants qui conduisent du « concept »
au « produit » final. Le franchissement de
cette « vallée de la mort » nécessite
aujourd’hui de mutualiser des moyens grâce
à l’aide de financements publics.
L’intérêt de la démarche réside dans la
complémentarité des deux plateformes
soutenues, d’une part, par la région
Bourgogne qui souhaite axer ses travaux
autour d’un projet d’implantation sur son
territoire d’une plateforme équipée d’une
enceinte CIC de petite dimension (CICéron
200, TRL 1-3) déjà financée pour répondre aux
travaux de recherche en amont et d’une
enceinte CIC de dimension moyenne
(CICéron 660) dédiée à l’innovation et au
développement de prototypes et de petites
productions (TRL 3 à 7), à leur contrôle et à
la formation et, d’autre part, par la région
Lorraine qui souhaite axer son projet sur
l’implantation d’une enceinte de grande
dimension (CICéron 1600) à vocation
industrielle (TRL 5 à 9) et créer ainsi les
conditions favorables au déploiement de
cette filière d'excellence et d'avenir sur son
territoire. Les étapes de pré-industrialisation
(TRL 4 à 7), qui constituent le défi majeur de
la vallée de la mort, pourront être franchies
grâce à la complémentarité des équipements
envisagés permettant d’aller du « concept »
au « produit » dans les meilleures conditions
de réussite.
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Budget prévisionnelSur la base des premières estimations du
comité ad hoc de coordination CICéron,
l’objectif est de déployer le Plan national
d’action CIC dans le cadre d’une enveloppe
budgétaire de 30 M€ pour les deux
plateformes. Les équipements de
Compression Isostatiques à Chaud
constituent une part très importante de
ce budget. À titre indicatif, dans la gamme
660 à 1600 mm de diamètre, le décimètre
(100 mm) de diamètre d’enceinte
instrumenté est d’un montant d’environ
1.000.000 € H.T.
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01-Fin du projet détaillé et prise de décision.
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02-Début des installations CICéron 1600 et CICéron 660 dans les bâtiments.
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03-Qualification et ouverture des plateformes CICéron 1600 et CICéron 660.
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Agenda
Passerelle ouverte à une technologie stratégiqueLes applications nécessitant l’utilisation
d’une enceinte CIC dans leur procédé de
production sont nombreuses tout comme
les perspectives de marchés. La croissance
du marché du service en CIC croît en
moyenne de 7% par an depuis 5 ans et les
prévisions sont estimées à la hausse.
La localisation sur le territoire national
d’une enceinte CIC de grande dimension
(CICéron 1600) permettra à toute la chaine
de développement de rattraper le retard
constaté aujourd’hui et de disposer d’une
souveraineté sur cette technologie
métallurgique hautement stratégique.
Le renforcement des moyens CIC à
disposition de l’industrie nationale dans
les phases de développement et de
production et, plus généralement,
l’ouverture à la concurrence de ce marché
en forte expansion constituent des atouts
majeurs pour de nombreuses entreprises
intéressées par un tel outil.
Parmi les industriels concernés, des
acteurs comme AREVA, ATMOSTAT, CEA,
CIRTES, DCNS, DGA, EDF, ERAMET,
SAFRAN et TOTAL qui interviennent dans
des secteurs d’activités très variés,
sont bien sûr très intéressés.
Mais ces plateformes donneront aussi un
accès à cette technologie aux très
nombreuses PME/ETI aujourd’hui dans
l’impossibilité d’y parvenir. CICéron sera la
passerelle, facile d’accès, qui leur
permettra de transformer des projets
amont innovants en installations de
production prospères pouvant représenter
des gisements importants d’emplois.
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