ÉPREUVE COMMUNE DE TIPE 2007 - Partie D · Qu'est-ce qu'une mousse métallique ? 60 Métal...

Épreuve commune de TIPE - Session 2011

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ÉPREUVE COMMUNE DE TIPE 2011 - Partie D

TITRE : Des mousses métalliques comme éléments de structure : une grande légèreté et une

remarquable capacité d'absorption des chocs rapides

Temps de préparation : ……………..…. 2 h 15 minutes 5

Temps de présentation devant le jury : ……. 10 minutes

Entretien avec le jury : …………………….. 10 minutes

GUIDE POUR LE CANDIDAT :

Le dossier ci-joint comporte au total : 15 pages 10

Guide candidat : 1 pages

Document principal : 14 pages

Travail suggéré au candidat :

Après avoir résumé rapidement la structure du dossier, pourra par exemple traiter une ou plusieurs 15

des pistes suivantes:

Proposer un bilan argumenté des avantages et des inconvénients des mousses.

Proposer un bilan des critères de choix des mousses, et ébaucher une démarche de choix.

Développer le potentiel d’application futur des mousses.

CONSEILS GENERAUX POUR LA PREPARATION DE L’EPREUVE : 20

Lisez le dossier en entier dans un temps raisonnable.

Réservez du temps pour préparer l'exposé devant les examinateurs.

Vous pouvez écrire sur le présent dossier, le surligner, le découper … mais tout sera à remettre

aux examinateurs en fin d'oral.

En fin de préparation, rassemblez et ordonnez soigneusement TOUS les documents (transparents, 25

etc.) dont vous comptez vous servir pendant l'oral, ainsi que le dossier, les transparents et les

brouillons utilisés pendant la préparation. En entrant dans la salle d'oral, vous devez être prêt à

débuter votre exposé.

A l'issue de l'épreuve, vous devez remettre au jury le dossier scientifique. Tout ce que vous aurez

présenté au jury pourra être retenu en vue de sa destruction. 30

S19


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Des mousses métalliques comme éléments de structure : une grande légèreté et

une remarquable capacité d'absorption des chocs rapides

Introduction

La technologie des mousses métalliques, et en particulier des mousses d’aluminium, n’est pas

récente mais reste encore peu connue des concepteurs. Pourtant, ces matériaux offrent des propriétés 35

physiques et mécaniques intéressantes. En effet, du fait de leur structure, ils présentent une bonne rigidité

associée à un poids spécifique faible et à d'excellentes caractéristiques d’amortissement. Ils offrent donc

un grand potentiel dans les structures légères, pour l’absorption d’énergie, l’isolation acoustique et le

contrôle thermique. Mais les mousses métalliques ont d'autres propriétés susceptibles d'intéresser les

bureaux d'études. Leur densité est de 2% à 40 % de celle du métal pur. Elles peuvent donc comporter 40

jusqu'à 98 % de vide. Cette structure leur confère une excellente capacité d'absorption de l'énergie. Lors

d'un choc, les parois des premières alvéoles « flambent1» les unes après les autres et reportent l'impact

atténué sur les alvéoles sous-jacentes. Le matériau peut ainsi s'écraser sur plus de 65 % de son épaisseur

d'origine. Absorbant les chocs tout en maintenant un niveau d’accélération tolérable pour les personnes

accidentées, les mousses assurent leur fonction quelque soit la direction du choc, contrairement à la 45

plupart des crash-box actuels. Réduction de la consommation énergétique, gain en masse et amélioration

de la sécurité, telles sont les exigences qui ont contribué à l’émergence de ces nouveaux matériaux.

Les technologies de production de mousses métalliques sont connues depuis les années 50, mais les

difficultés de contrôle des procédés et des coûts élevés ont empêché leur développement. Les innovations

techniques des 15 dernières années ont cependant permis de relancer les productions. Des domaines tels 50

que l’aéronautique et l’aérospatiale, à la recherche de matériaux légers performants, sont ouverts aux

mousses métalliques. L’engineering mécanique y arrive également, notamment pour des pièces de

sécurité en automobile : pare-chocs, barres de déformation, capots,… Par exemple, le constructeur

d'automobiles allemand Karmann a créé un petit événement en présentant récemment au Salon

international de l'automobile de Detroit un concept car "aluminium foam2 body" dont certaines parties, les 55

cloisons séparant l'habitacle du capot moteur et du coffre, sont en mousse d'aluminium.

Ce sujet a pour objectif d’étudier le comportement des structures en mousses sous sollicitation rapide de

compression (choc).

1 Le flambage est la tendance qu'a un matériau soumis à une force de compression longitudinale à fléchir, et donc à se

déformer dans une direction perpendiculaire à la force appliquée. 2 Foam : mousse, en Anglais


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3

1. Qu'est-ce qu'une mousse métallique ?

Métal cellulaire ou poreux, mousse, ou éponge métallique : les termes sont nombreux pour désigner 60

les différentes structures de systèmes biphasés composés d'une phase solide et d'une phase gazeuse. La

phase solide est homogène et constituée du matériau de base. La phase gazeuse est présente dans des

vides, des pores ou des cellules. Elle confère à la mousse une densité apparente faible par rapport à celle

du matériau massif. On distingue deux types de mousses :

(1) mousses à cellules ouvertes ou à pores interconnectés, 65

(2) mousses à cellules fermées ou à pores isolés.

Dans le cas des structures à cellules fermées, chaque cellule présente dans la mousse métallique est isolée

des autres par une fine paroi de métal. Par contre, dans le cas des structures à cellules ouvertes, les

cellules à proprement parler n'existent pas du fait de l’interconnexion des pores.

2. Mode de fabrication des mousses 70

La fabrication des mousses métalliques est assez empirique, et les recettes sont confidentielles. Du

fait de son point de fusion assez bas (650°C), l'aluminium est l'ingrédient idéal pour fabriquer des

mousses métalliques. Quant au procédé, on connaît aujourd'hui au moins trois voies de fabrication :

1. Voie gazeuse : condensation de vapeurs métalliques avec mousses polymères, puis destruction des

mousses 75

Polymère

H2O COMétal en fusion Ligaments Métalliques

Pression

Préforme en polymère Infiltration Suppression du moule

Vides

Matériau

Injection du métal Mousse pores ouverts

Polymère

H2O COMétal en fusion Ligaments Métalliques

Pression

Préforme en polymère Infiltration Suppression du moule

Vides

Matériau

Injection du métal Mousse pores ouverts

Figure 1: Procédé de fabrication de mousse par voie gazeuse


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4

4

2. Voie liquide : Moulage et élimination d'une préforme : on peut par exemple fritter un mélange de

poudre de sel pour s'en servir de préforme, l'infiltrer avec de l'aluminium fondu puis éliminer le 80

sel par simple dissolution dans l'eau.

Mise en place

de la préforme

Chauffage de

la préforme

Coulée de

l’aluminium

Infiltration de

l’aluminium

Dissolution de

préformeMousse

Mise en place

de la préforme

Chauffage de

la préforme

Coulée de

l’aluminium

Infiltration de

l’aluminium

Dissolution de

préformeMousse

Figure 2: Procédé de fabrication de mousse par voie liquide

3. Voie solide : L'aluminium en poudre est mélangé à un agent dégageant du gaz à haute température

(hydrure de titane ou de zirconium); le mélange est extrudé puis chauffé vers 600°C; l'agent

gazant libère alors son hydrogène qui forme les cellules de la mousse en gonflant l'aluminium 85

dans son état semi solide à cette température.

Figure 3: Procédé de fabrication de mousse par voie solide

Les méthodes qui utilisent le métal fondu pourraient tirer parti du système de coulée continue en

métallurgie. Les technologies avec poudres, beaucoup plus chères, permettraient au contraire de produire 90

des pièces plus complexes en plus petite série. Elle consiste à emprisonner de la poudre d'aluminium

additionnée d'agent moussant entre deux tôles du même métal. L'ensemble est étiré puis mis à la forme de

la pièce à réaliser. En chauffant la pièce dans un four, la réaction se déclenche et la mousse se forme in

situ, produisant un véritable "sandwich". Selon les techniques et les variantes on obtiendra des pièces à

porosité ouverte ou fermée. 95


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5

5

3. Applications des mousses dans l’industrie

Par leurs propriétés physiques et mécaniques, les mousses d’aluminium constituent un marché en

émergence avec de fortes perspectives d’avenir. Un des premiers créneau visé est celui de l'allègement

des structures. Elles sont souvent utilisées en combinaison avec des matériaux denses conventionnels. 100

Elles forment par exemple des panneaux sandwichs ou sont utilisées pour remplir des colonnes ou des

poutres creuses. Les applications des mousses métalliques sont potentiellement larges, dès lors qu'on a

besoin d'un matériau léger et résistant aux chocs. Les constructeurs d'automobiles sont concernés au

premier chef, tant la demande est forte en matière de sécurité. L'utilisation de mousses métalliques pour

certaines pièces (capot, pare-chocs) est évaluée par rapport à d'autres matériaux. L'intérêt, c'est que la 105

mousse est isotrope: on peut l'écraser dans toutes les directions de la même façon, alors qu'une structure

en nid d'abeille ne résiste que dans une direction privilégiée.

3.1. Construction automobile : Le poids des véhicules a tendance à augmenter sous l'effet des

équipements de sécurité. En même temps on cherche à les alléger pour diminuer la consommation de

carburant. L'introduction de panneaux sandwichs en mousse d’aluminium est un des moyens de concilier 110

ces deux aspects antagonistes. Le recours à ces panneaux permet, en plus du gain de poids considérable,

d’obtenir des structures avec une grande capacité d’absorption de l’énergie et une bonne résistance à la

chaleur. Cette aptitude est exploitée aux points les plus susceptibles d’être accidentés pour y créer une

déformation contrôlée et une dissipation optimale de l’énergie. Les mousses d’aluminium sont utilisées

également dans les pare-chocs et les crash-box pour l'absorption de choc à l'avant de véhicule. Ces 115

derniers systèmes, placés entre le pare-chocs et le châssis, sont constitués de boîtes de mousse

d’aluminium à 75 % de vide qui absorbent l’énergie par écrasement en cas de choc. Une mousse

d'aluminium à 95% de vide, tapissant le capot avant protégerait les piétons de chocs frontaux en cas de

heurts à faible vitesse. Positionnée sous le bloc

volant elle protégerait les jambes du 120

conducteur. Sur le montant entre la vitre et le

pare-brise, elle protégerait sa tête.

Figure 4 : Caisse de RENAULT: renforcement

structural avec des mousses d’aluminium 125


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6

6

3.2. Construction aéronautique : Les mousses d’aluminium sont très utilisées dans l'aéronautique où la

réduction de poids est capitale. Elles y remplacent de plus en plus souvent les structures à nids d’abeille

car elles sont moins coûteuses et résistent mieux à la chaleur. Elles sont utilisées dans tous les éléments

structurels (ailes, fuselage, plancher…) et dans les moteurs (silencieux, échangeurs, filtres, injection de

carburant…). 130

3.3. Construction navale : Ce secteur est également un gros consommateur de mousses d’aluminium (sous

forme de panneaux) pour leur légèreté et leurs caractéristiques mécaniques. Les mousses à pores isolés

sont utilisées comme structures flottantes grâce à leur tolérance élevée aux dégâts. Elles maintiennent leur

flottabilité même quand elles sont localement endommagées. De plus, elles résistent à de plus hautes

pressions et températures que les mousses polymères. On retrouve également des structures en mousses 135

d’aluminium sur des plates formes élévatrices à bord de porte avions.

Figure 5: Exemples de pièces dans l’industrie (FOAMINAL®)

4. Caractéristiques mécaniques des mousses d’aluminium

Les paramètres importants pour caractériser une mousse sont sa densité relative r et les propriétés du 140

matériau constitutif. La densité relative r est définie par le rapport volume de la mousse mousseV par celle

du solide solideV dont elle est constituée :

mousser

solide

V

V

(1)

Cependant, il a été prouvé que pour une même densité et un même matériau, on peut obtenir des

comportements physiques et mécaniques relativement différents selon la microstructure (orientation des

cellules, distribution des tailles, épaisseur des parois...). Les propriétés mécaniques des mousses sont donc 145

fonction de la porosité relative et d’un facteur propriétéK (constante dépendant de la propriété concernée,

pour un matériau donné) de la mousse :

n

mousse propriété rPr opriété K (2)


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7

7

4.1. Contrainte-déformation:

La résistance à la compression, la résistance à la flexion et le module de Young augmentent rapidement

avec la densité. Les mousses d'aluminium de haute densité ont une densité de 0,3 à 1,03g/cm3 , pour un 150

module en compression de 1,4 à 14,8 GPa . Les mousses basse densité, de 0,064 à 0,3 g/cm3 pour un

module en compression de 0,045 à 0,9 GPa. Les mousses de nickel sont le plus souvent livrées avec des

densités de 0,4 à 0,5g/cm3,

et celles de nickel chrome de 0.6 à 0,65g/cm3. Dans les applications crash

envisagées, les mousses sont principalement sollicitées en compression. La courbe de compression

typique d’une mousse d’aluminium (voir figure 7,p age 8) est décomposée en trois phases : 155

4.1.1. Phase élastique réversible:

Le comportement des mousses d’aluminium en compression dans la zone élastique peut être décrit par le

choix classique de trois modules (module de Young E, coefficient de Poisson Ѵ et module

cisaillement G). La mesure du module de Young par des essais destructifs de traction ou de compression

est compliquée en raison de la déformation élastique limitée de mousses métalliques. La méthode d'essai 160

non destructif est une analyse des vibrations qui conduit aux valeurs suivantes (voir Tableau 1). Les

valeurs indiquées sont calculées à l'approximation suivante, qui est basée sur des résultats expérimentaux

sur des mousses AlSi12 (figure 6).

n

mousse Module_ Young rE K 1.7 n 2.3 (3)

Densité g/cm3 0.5 0.6 0.7 0.8

Module de Young GPa 3.5 4.9 6.6 8.4

Tableau 1: Module de Young en fonction de la densité de la mousse AlSi12 165

Figure 6: Module de Young de la mousse AlSi12 4

Module_ YoungK 8.10 MPa et n 1.85

1.85 Pente : 1.85


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8

8

4.1.2. Phase plastique irréversible:

Lorsque la contrainte dépasse un certain seuil, les cellules de la mousse s’effondrent plastiquement. Ce Il

en résulte en un long plateau quasi horizontal (figure 7) de contrainte pl (Tableau 2), donnée par la 170

relation:

n

pl compression rK 1.5 n 2.5 (4)

Densité r pl AlSi7 pl AlSi12 pl AlMg1Si

0.5 7.9 13.9 14.3

0.6 11.9 18.8 22.0

0.7 16.9 24.3 31.8

0.8 22.8 30.2 43.6

compressionK (MPa) 361 225 789

n 2.27 1.65 2.38

Tableau 2: Contrainte plateau en fonction de la densité et du type de matériau de la mousse

4.1.3. Phase de densification:

Une déformation irrecevable importante en compression produit une densification des cellules effondrées, 175

ce qui conduit à une augmentation de la contrainte qui tend alors vers l’infini pour un certain niveau de

déformation d . Cette déformation élimine la porosité initiale de la mousse, car elle correspond à la

déformation pour laquelle tous les pores ont disparu.

Module E

Plateau de contrainte

Densification

Energie absorbée UDéformation de

densification

Début de plasticité,

de flambage,

d’écrasement

pl

d

Déformation (%)

Contr

ain

te (

MP

a)

Module E

Plateau de contrainte

Densification

Energie absorbée UDéformation de

densification

Début de plasticité,

de flambage,

d’écrasement

pl

d

Déformation (%)

Contr

ain

te (

MP

a)

Figure 7: Courbe contrainte/déformation caractéristique d’une mousse d’aluminium 180


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9

9

4.2. Energie d’absorption:

L'absorption d'énergie d'une mousse métallique peut être déterminée par des essais de compression. Dans

la figure 8, la courbe force-déplacement d'une mousse métallique en compression est illustrée. La quantité

d'énergie absorbée est l'intégrale de la force de compression par la distance de compression. Pour

effectuer une comparaison des différents matériaux comme les absorbeurs d'énergie, la mesure de 185

« l'efficacité » est utilisée. A déformation définie, l'efficacité est le quotient de l'énergie absorbée par le

produit de la force maximale et la durée de déformation.

1.

Figure 8: Energie d’absorption et efficacité des mousses

La forme caractéristique de la courbe de l’essai de compression d’une mousse d’aluminium comporte 190

trois zones principales :

2. Une première phase élastique linéaire, limitée aux faibles déformations.

3. Une deuxième phase de plateau zone d’absorption d’énergie.

4. Une troisième de phase de densification caractérisée par une forte hausse de l’effort.

Si l’on considère les deux premières phases, cette courbe se rapproche de celle de l’absorbeur de choc 195

idéal qui consiste en un plateau parfaitement plastique. On voit alors tout l’intérêt de l’utilisation des

mousses d’aluminium pour des applications en tant qu’absorbeur d’énergie mécanique : la mousse

d’aluminium est donc un matériau efficace qui propose une courbe de compression plus régulière que des

structures à base de profilé pour dissiper l’énergie mécanique lors de chocs. Comme pour la plupart des

mousses, le niveau du plateau est essentiellement piloté par la densité : une densité plus forte augmente le 200

niveau du plateau. Par rapport aux autres mousses métalliques, la mousse d’aluminium est celle qui


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10

possède le meilleur potentiel d’absorption d’énergie spécifique (voir Tableau 3). La figure 9 illustre

l’effet de l’énergie de déformation en fonction de la porosité. Plus cette dernière augmente et plus

l’énergie augmente.

Alliage AlSi7 AlSi12 AlMg1Si

Densité r 0.6 0.6 0.6

Energie d’absorption E (kJ/kg) (50% déformations) 8.4 5.3 13.2

Efficacité AE (50% déformations) 84 24.3 31.8

Tableau 3: Energie d’absorption des mousses 205

Déformation %

Co

ntr

ain

tes M

Pa

Déformation %

Co

ntr

ain

tes M

Pa

Figure 9: Energie d’absorption en fonction de la porosité

5. Exemples d’application

Grâce à ces propriétés, l’utilisation des mousses d’aluminium peut être envisagée essentiellement 210

afin d’améliorer la sécurité passive des passagers et des véhicules. Elle s’articule suivant trois axes:

- Le renforcement structural du véhicule (rigidification de la caisse ou augmentation de prestation

sécurité au cours de crash), pour des mousses de forte densité de 0.4 g/cm3 ou plus.

- La protection de l’humain dans l’interface passager/véhicule ou piéton/véhicule au cours d’un

crash, pour les mousses de faible densité de 0.1 g/cm3 ou moins. 215

- Le blindage pour des mousses de densité moyenne 0.2 g/cm3.


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11

11

5.1. Applications aux renforcements structuraux du véhicule (crash-box) :

Absorbant les chocs tout en maintenant un niveau d’accélération tolérable pour les personnes accidentées,

les mousses assurent leur fonction quelle que soit la direction du choc. L’utilisation de mousse

d’aluminium la plus prometteuse semble être le crash box. Il est alors possible de calculer facilement 220

l’ordre de grandeur du volume d’un crash-box en mousse d’aluminium. L’énergie cinétique à dissiper lors

d’un choc « Danner » pour un véhicule pesant environ M=1500kg et lancé à 0v 15km / h est donnée

par :

22

0

1 1E M*v 1500* 15000 / 3600 13020 J

2 2

(5)

Pour un déplacement L et une force F, le travail effectué faut :

L

0

W F*dx F* L

(6)

Etant donnée la longueur maximale disponible pour l’écrasement du crash-box L=125mm, la force 225

moyenne nécessaire que doit fournir le crash-box pour arrêter le véhicule a une déformation

L L 60% est:

F E L* 13020/ 125*0.6 173.6kN (7)

En choisissant une mousse d’aluminium d’une densité de 0.4g/cm3 et d’une contrainte plateau qui vaut

pl 7MPa nous obtenons la section du crash-box :

2

pl plF S S F 173600 7 243cm (8)

Si la forme choisie pour le crash-box est parallélépipède, la pièce sera d’une longueur de 125mm et d’une 230

largeur de section carrée de 156mm environ. Le crash-box est donc plus large que long ce qui peut poser

des problèmes d’encombrement au niveau de la face avant du véhicule. De plus le poids de cette pièce

serait de 1.2kg environ ce qui est très supérieur aux poids de solutions techniques utilisées aujourd’hui

dans les véhicules.

235

Figure 10: Crash-box dans l’automobile


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12

12

Ainsi, même si l’énergie spécifique d’absorption de la mousse d’aluminium est élevée, les niveaux de

contrainte demandés pour la gestion de ce crash sont trop importants et nécessitent l’emploi d’une section

trop élevée. La solution crash box en mousse d’aluminium seule n’est donc pas adaptée. Le principe

consiste alors à utiliser la mousse d’aluminium en combinaison avec d’autres structures, comme des 240

profilés extrudés par exemple, afin d’améliorer leurs performances, de réduire la section et donc le poids.

Sur un profilé d’aluminium à section carrée, le remplissage permet d’augmenter l’énergie spécifique

absorbée par le profilé en jouant sur l’interaction entre la mousse et le profilé. En effet l’ajout de la

courbe de compression de la mousse d’aluminium seule et de la courbe de compression du profilé vide est

inférieur à la courbe de compression du profilé rempli de mousse d’aluminium (voir figure 11). Il y a 245

interaction entre la mousse et le profilé. La force totale du crash-box est une contribution de la mousse, du

profilé et de l’interaction mousse-profilé :

crash box profilé mousse interactionF F F F (9)

La mousse change les modes de flambement du profilé en diminuant la longueur d’onde des plis et fait

dissiper au profilé intrinsèquement plus d’énergie. Les chutes d’effort dues à l’apparition des plis sont

atténuées. Le comportement du profilé rempli de mousse se rapproche ainsi du comportement 250

parfaitement plastique de l’absorbeur de choc idéal. Le gain en énergie spécifique se situe autour de 25%

par rapport à la solution du profilé seul (voir Tableau 4).

Fo

rce d

e c

om

pre

ssio

n (

kN

)

Déformation de compression (%)

Interaction profilé+mousse

MousseCourbe = Profilé + Mousse

Profilé vide

Profilé rempli de Mousse

Fo

rce d

e c

om

pre

ssio

n (

kN

)

Déformation de compression (%)

Interaction profilé+mousse

MousseCourbe = Profilé + Mousse

Profilé vide

Profilé rempli de Mousse

Figure 11: Comparaison de l’effort pour un profilé vide extrudé et un profilé rempli de mousse

255


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13

13

E=2700J

Long =1m

Pure mousse

Aluminium

Profilé

Aluminium

Profilé

Acier

Profilé Aluminium

+ Mousse Alu

Profilé Acier +

Mousse Alu

Nombre de

crash-box

1 82 30 32 15

Poids (kg) 325 125 111 94 80.4

Surface (m2) 0.54 0.57 0.21 0.22 0.11

Tableau 4: Paramètres de l’énergie d’absorption

5.2. Applications à la protection des passagers

La protection des passagers dans l’automobile vise surtout à réduire la gravité des blessures à la tête subie

par l'occupant dans un accident. Lorsqu'il s'agit d'un traumatisme crânien potentiel, les forces doivent être 260

maintenues bases, donc une mousse de densité située entre 3% et 10% est favorable. Des exemples de

pièces internes d'automobiles qui pourraient être fabriqués à partir de mousses sont les appuis-tête et les

colonnes de protection. La mousse est un matériau idéal pour résoudre les problèmes de protection des

occupants pour les raisons suivantes:

Les propriétés de la mousse ne changent pas avec la température. 265

La mousse ne présente pas de rebond après le choc (évite le « coup du lapin »).

Les propriétés de la mousse ne se modifient pas avec la vitesse d’impact.

La mousse peut absorber de grandes quantités d'énergie dans toutes les directions.

L’exemple suivant traite le problème de la protection des passagers lors d’un crash par des colonnes de

sécurité. La mousse insérée dans les colonnes peut être maintenue en place par collage, par expansion de 270

mousse, ou par de fixations mécaniques. Les résultats des essais d’absorption d’énergie d'une section vide

par rapport à une section remplie sont illustrés sur la Figure 12. On peut conclure que des éléments de

protection remplis de mousse dans les véhicules amènent :

Une résistance à la flexion triplée par rapport aux colonnes creuses.

Une absorption d'énergie dans les chocs latéraux augmentée de 40%. 275

Une performance d'écrasement du toit est améliorée.

Une réduction de poids.


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14

14

Fo

rce

(kN

)

Déformation (mm)

Colonne vide

3 tests avec Colonne remplie

Mousse-Al

Fo

rce

(kN

)

Déformation (mm)

Colonne vide


Mousse-Al

Fo

rce

(kN

)

Déformation (mm)

Colonne vide


Mousse-Al

Figure 12: Force d’absorption en fonction de la déformation

5.3. Applications aux panneaux anti-explosion 280

Ce dernier exemple traite le test à l’explosif pour évaluer les performances (dureté superficielle à des vitesses

très importantes) d’un rideau anti-explosion en mousse d’aluminium. Trois cas sont testés sur des plaques

de dimension 45x45cm, avec 1.25kg de TNT et avec des épaisseurs différentes :

Plaque mince en acier avec 0.3cm d’épaisseur

Plaque épaisse en acier avec 0.6cm d’épaisseur 285

Plaque en mousse d’aluminium Al-7Si de densité = 0.2 g/cm3 avec 5cm d’épaisseur

La charge de 1.25kg de TNT est placée à différentes distances de la plaque. Des analyses sur les

déformations des plaques sont effectuées. Les résultats obtenus (Tableau 5) montrent que les mousses

d’aluminium ne présentent aucun dommage visible à 2m de l’explosif, à 0.5m la plaque est déformée

plastiquement, et à 0.1m la plaque est perforée et endommagée. En comparaison avec les plaques en 290

acier, on note que les mousses de faible densité présente un bon élément pour les blindages des structures.


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15

15

Distance d Plaque mince en acier Plaque épaisse en acier Mousse Al-7Si

2.0 m Aucun dommage Aucun dommage Aucun dommage visible

0.5 m Aucune déformation Aucune déformation Déformation 50%

0.1 m Déformation de 80%

mais non perforée

Déformation de 60% mais

non perforée

Fracture et perforation

Tableau 5: Analyse des déformations des plaques de blindage 295

Explosif

Mousse

Distance d

Explosif

Mousse

Distance d

Acier plaque mince

Mousse aluminium

Acier plaque épaisseAcier plaque mince

Mousse aluminium

Acier plaque épaisse

Figure 13 : Profils des plaques après explosion : (a) plaque épaisse en acier, (b) plaque en mousse

aluminium (c) plaque mince en acier

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