ICAR-CM2T mène des activités de recherche et développement industriel appliquées aux matériaux réfractaires, céramiques, métalliques et aux procédés de fabrication/traitements associés avec des partenaires apportant une complémentarité (laboratoires académiques, centres techniques ou de ressources labellisés.)
ICAR-CM2T est une Société de Recherche Contractuelle (label décerné par BPI France), donnant la possibilité de monter des projets de ressourcement scientifiques et techniques qui contribuent à la compétitivité de nos secteurs industriels, grâce au maintien d’un haut niveau de compétence de nos collaborateurs et la diffusion de l’innovation technologique vers l’industrie.
ICAR-CM2T est impliqué en tant qu’expert réfractaire dans la recherche en partenariat :
- Région Lorraine – Projet DRYCO (2009) : séchage des bétons réfractaires
- ADEME – Projet LIS : Low Impact Steelmaking (consortium avec Arcelormittal)
- Commission Européenne – Projet RestaR : “Design of refractory testing standards”
Activités de Recherche
Les programmes en cours
Quatre programmes de grande envergure ont démarré mi 2017 avec le soutien financier de la Région Grand-Est et le fond européen FEDER (programmes Bebest) et sont actuellement en cours.
MATREX
Création d’un pôle d’excellence dédié aux matériaux dans des conditions extrêmes.
- Partenaires : ICAR- CM2T, CRITT MDTS, Cerfav, Holo 3.
Contexte et objectifs du projet :
Création et fonctionnement d’un pôle d’expertise de haut niveau national et européen sur l’utilisation des matériaux dans des conditions extrêmes (température, corrosion, usure, mécanique, environnement) en vue d’accompagner le tissu industriel par des actions de support et de diffusion technologique sur ces sujets.
Le projet global vise à étudier et optimiser la durée de vie des matériaux pour l’outillage à chaud, aussi bien dans le domaine verrier, de la forge et de la fonderie que dans le domaine de l’énergie avec les fours incinérateurs-chaudières industrielles. Pour cela ICAR-CM2T et les partenaires CRITT MDTS, Cerfav, Holo3 proposent des solutions en termes de matériaux mais également de revêtements les mieux adaptés aux modes de sollicitation, aux tailles de série, aux niveaux de qualité recherchée, etc…
La priorité est d’identifier et d’aboutir à des solutions optimales d’un point de vue technico-économique et en terme d’impact environnemental (lubrification propre des outillages, matériaux recyclables…). Des démonstrateurs permettront ensuite de proposer des tests à l’échelle semi-industrielle avant d’effectuer le transfert industriel.
MATREX est cofinancé par l’Union européenne
avec le Fonds Européen de Développement Régional pour un montant de 202 498 €.
PRACORMAT
Etude et développement de matériaux à surfaces réactives multifonctionnelles
- Partenaires : ICAR- CM2T, CRITT TJFU, CRITT MDTS, Cerfav, Aérial.
Contexte et objectifs du projet :
Etude et développement de matériaux à surfaces réactives multifonctionnelles (conduction thermique-électrique, isolation, adhésion/antiadhésion, blindage électromagnétique, texturation) répondant aux enjeux d’allégement, d’économie d’énergie, de durabilité, de connectivité et de réduction des déchets.
Pour élaborer les surfaces réactives, différents procédés innovants, propres et durables sont étudiés et mis en œuvre sur les plateformes des partenaires, à savoir l’azote supercritique cryogénique/jet d’eau très hautes pressions, la projection Cold Spray, le laser/Clad. ICAR-CM2T apporte son expertise dans les revêtements Cold Spray, la caractérisation et les tests sur bancs des surfaces fonctionnelles en complémentarité des études, essais et analyses de ses partenaires CRITT TJFU, CRITT MDTS, Cerfav, Aérial.
L’enjeu est d’explorer collectivement des solutions originales et de lever les verrous relatifs aux problématiques multi-matériaux de ces surfaces et interfaces. L’élaboration de surfaces fonctionnelles se fait sur des matériaux métalliques, composites, polymères et verres et concerne également des surfaces d’échanges aptes à lutter contre des contaminants bactériens sur les dispositifs médicaux en alliage de titane et en bioverre. La finalité étant de valider les solutions sur démonstrateurs proche des conditions d’applications industrielles.
L’enjeu est d’explorer collectivement des solutions originales et de lever les verrous relatifs aux problématiques multi-matériaux de ces surfaces et interfaces. L’élaboration de surfaces fonctionnelles se fait sur des matériaux métalliques, composites, polymères et verres et concerne également des surfaces d’échanges aptes à lutter contre des contaminants bactériens sur les dispositifs médicaux en alliage de titane et en bioverre. La finalité étant de valider les solutions sur démonstrateurs proche des conditions d’applications industrielles.
PRACORMAT est cofinancé par l’Union européenne
avec le Fonds Européen de Développement Régional pour un montant de 52 825 €.
DINAMITE
Développement de solutions technologiques industrielles pour l’assemblage « métal-composite pour des applications aéronautiques.
- Partenaires : ICAR- CM2T, CRITT TJFU, IREPA, CIRTES, Institut de soudure.
Contexte et objectifs du projet :
Ce projet permet d’étudier de nouvelles configurations de traitements de surface et vise à les hybrider afin d’évaluer leur impact sur la tenue mécanique des assemblages. Afin de réaliser des assemblages en continu de pièces hybrides, les procédés d’assemblage par laser, d’induction, de brasage, par ultrasons sont pris en compte avec l’objectif d’augmenter les cadences des procédés en vue de répondre aux contraintes d’industrialisation (coûts de production…). Les performances des joints multi-matériaux ainsi créés doivent répondre aux enjeux de durabilité des assemblages sachant que le critère « préparation de surface » peut s’avérer prépondérant dans l’analyse des résultats obtenus. La validation des technologies avec les partenaires d’ICAR-CM2T se fera à l’issue des différentes caractérisations sur prototypes et démonstrateurs en vue de la dissémination des résultats.
DINAMITE est cofinancé par l’Union européenne
avec le Fonds Européen de Développement Régional pour un montant de 38 646 €.
HYBRIDATION
Développement de procédés de fabrication additive et d’usinage avancé pour des applications d’outillages.
- Partenaires : ICAR- CM2T, CRITT TJFU, CIRTES, Institut de soudure.
Contexte et objectifs du projet :
Deux grandes thématiques sont étudiées dans ce projet :
- Nouvelle forme d’hybridation des procédés Stratoconception et Arc-fil pour des applications innovantes d’outillages métalliques.
- Nouveaux matériaux pour hybrider les procédés Stratoconception, Cold Spray, Arc-fil et usinage avancé pour obtenir des formes complexes
Dans les deux cas des caractérisations, des essais de fatigue et de comportement thermomécanique, des analyses métallurgiques des interfaces et des revêtements obtenus sont menés. La validation des deux technologies avec les partenaires d’ICAR-CM2T se fera sur éprouvettes et prototypes technologiques représentatifs d’outillages industriels en tenant compte du post-traitement des surfaces 3D hybrides.
HYBRIDATION est cofinancé par l’Union européenne
avec le Fonds Européen de Développement Régional pour un montant de 47 705 €.
Autres programmes de recherche
En parallèle de ces quatre programmes menés à l’échelle du Grand-Est, ICAR-CM2T travaille aussi sur des programmes à l’échelon National et Européen :
Programme CLEANSKY – Cold Sprayed Coating on Composite (CO3)
Ce projet européen est mené avec les laboratoires LIST (Lux.), CRITT TJFU, DITEX (UL), Armines et l’industriel Polskie Zaklady (Lotnicze).
L’objectif est d’étudier puis de mettre au point la métallisation des polymères et composites à fibre carbone sur des surfaces de pièces de formes complexes notamment pour lutter contre la foudre sur les aéronefs.
Pour obtenir des dépôts conducteurs à hautes performances, la solution Cold Spray a été retenue avec au préalable une préparation spécifique des surfaces. Cette alternative aux procédés actuels permet d’obtenir des dépôts non oxydés sans changement de phase des poudres métalliques projetées avec une faible porosité.
L’étude consiste en une optimisation des paramètres de projection compte tenu du substrat et de la qualité de la préparation de surface grâce à une méthodologie de contrôle et de caractérisation sur coupons puis sur pièces-démonstrateurs. La maîtrise des performances de dépôts nécessite également l’étude de la programmation « Off-line » du robot de projection Cold Spray au moyen d’outils innovants de simulation et de contrôle procédé.
Découvrez le site internet du projet CO3.
Programme PROMAPAL – PROcédé innovant de fabrication de Moules et outillages métalliques par fabrication additive stratoconception et Assemblage brasé pour des Pièces en fonderie Aluminium
Lancé en février 2010, le projet PROMAPAL soutenu par le FUI, le Feder et la région Lorraine est un projet innovant impliquant notamment Montupet (leader du projet), le Cirtes spécialisé dans la Stratoconception®, TCPP spécialisé dans la projection thermique (Poteyages), le CM2T au niveau de la métallurgie et du brasage et le CTIF au niveau de l’étude de la tenue à chaud et de la simulation. PROMAPAL porte sur le développement innovant d’outillages par Stratoconception®. dans le cadre d’un co-financement du FUI.
L’objectif est d’obtenir des moules avec une fonctionnalité thermique (canaux de refroidissement proche des surfaces moulantes) permettant de modifier les vitesses de solidification et donc les microstructures. Ainsi, l’amélioration des propriétés mécaniques permet d’envisager un allégement des pièces coulées.
La rupture technologique tient à l’application de la Stratoconception® (découpe et assemblage de métalliques par brasage) pour incorporer des nouvelles fonctionnalités à l’intérieur des outillages telles que des canaux de régulation thermique non réalisables par une méthode conventionnelle (perçages droits).
Programme PADIECO – Procédé d’obtention de pièces moulées en fonte ADI par cycles thermiques à ECOnomie d’énergie.
Développement d’une solution de traitement thermique en lit fluidisé plus économique et écologique.
Ce procédé innovant permet d’obtenir, par traitement thermique, des structures ADI (Austempered Ductile Iron) à hautes caractéristiques mécaniques et à économie d’énergie, d’une part avec la solution des fours à lit fluidisé développé par CM2T (échanges thermiques en milieu diphasique et sans rejets polluants) et d’autre part par décochage à chaud avec refroidissement contrôlé selon un procédé développé par le CTIF.
Programme ZIRCOSPRAY
Développement d’assemblages de plaques métalliques en acier ZIRconium ou acier tantale par application de brasure grâce au procédé COLD SPRAY puis par cycle thermique contrôlé en four sous vide partiel.
L’objectif est d’obtenir, par mise en forme à froid, des éléments chaudronnés pour des réacteurs et des colonnes devant résister à la corrosion pour l’industrie chimique et pharmaceutique. Les études et mises au point ont été réalisés dans le cadre d’un programme FUI avec la société Mersen, le laboratoire SPCTS et CM2T avec, d’une part, le paramétrage de la projection Cold Spray (température, vitesse, nature et granulométrie des poudres), et, d’autre part, les analyses métallurgiques de la brasure et des interfaces bi-matériaux/brasure, notamment pour éviter la formation de défauts de structure (effet Kirkendall par exemple). Les tests mécaniques effectués par l’industriel ont permis de définir une nouvelle procédure de fabrication plus économe en matière et en énergie par rapport au procédé existant tout en sécurisant le procédé.
Le projet ZIRCOSPRAY lancé en 2009 a été soutenu par le FUI au niveau national et le FEDER au niveau Européen. Il associe le brasage sous vide et le cold spray pour réaliser à travers un procédé breveté nommé CL CLAD® des tôles bimétalliques de grandes dimensions en acier/zirconium ou Acier /tantale mise en forme ultérieurement à froid pour réaliser des réacteurs et colonnes devant résister à la corrosion pour l’industrie pharmaceutique et chimique notamment pour la fabrication d’acide acétique, de silicium pour les panneaux solaires (Milieu HCl).
Le procédé développé ici vient en remplacement du soudage par explosion. Le projet associait Mersen (Ex carbone Lorraine, Le SPCTS (Limoge) la société TRA-C et le Critt METALL 2T (pôles LOROUS et MATBRAZ). Plusieurs millions d’euro ont été investis par la société MERSEN et un atelier de plus de 3000 m2 a été créé.
Programme DEELIF – Dispositif Expérimental d’Etude thermique avec Lit Fluidisé circulent et échangeur de chaleur
Le dispositif développé par ICAR-CM2T avec la société Process Industries permet d’étudier la valorisation des énergies perdues dans les industries de transformation (fonderie, forge, sidérurgie, cimenterie, poterie, etc.) basée sur le stockage dans un lit fluidisé. Le dispositif s’apparente au « concept de la batterie » avec stockage/déstockage de chaleur permettant ainsi de valoriser la chaleur fatale de procédés discontinus. La simulation des échanges thermiques (logiciel Comsol) permet d’identifier un potentiel de stockage de chaleur à partir de pièces traitées et d’associer ultérieurement des MCP afin d’accroitre les capacités de stockage et restitution d’énergie. L’objectif d’ICAR-CM2T est de construire un démonstrateur pouvant être utilisé pour des cas concrets dans les industries de la métallurgie et des réfractaires
Programme POLYBIOM
Etude et développement d’une nouvelle chaudière à lit fluidisé circulant destinée à bruler une gamme étendue POLYcombustible de BIOmasse dans une plage de puissances comprise entre 1 MW et 10 MW.
L’étude a été menée en partenariat avec les industriels WEISS et ATANOR, le Laboratoire LERMAB (Université de Lorraine) et ICAR-CM2T avec le soutien financier de l’ADEME. Le cahier des charges de la nouvelle chaudière a permis de dimensionner les éléments constitutifs en tenant compte du choix des matériaux métalliques et réfractaires sollicités à la corrosion à chaud.
L’objectif est que la chaudière Polybiom présente le meilleur compromis entre la performance environnementale et la nouvelle architecture du foyer comprenant des moyens d’introduction des aires de combustion et de recyclage des fumées, un système de dépoussiérage sans oublier la zone de préparation de la biomasse à base de végétaux.
Un démonstrateur à l’échelle 1 a été dimensionné en vue d’un transfert de technologie.
Découvrez le rapport de synthèse du projet Polybiom.
Publications scientifiques
- Martin J., Akoda K., Ntomprougkidis V., Ferry O., Maizeray A., Bastien A., Brenot P., Ezo’o G., Henrion G. Duplex surface treatment of metallic alloys combining cold-spray and plasma electrolytic oxidation technologies. Surface & Coatings Technology. Surface & Coatings Technology, vol. 392, 2020, pp. 1-11
- Vierling M., Geiger F., Brilhac J.-F., Dorge S., Habermacher D., Nouali H., Guichard J.-L., Marchal E., Patarin J., Soulard M., Moliere M. Novel desulfurization concept using a regenerable adsorbent. Proceedings of ASME Turbo Expo 2020
- Brenot P., Chobaut J.P., Bastien A., Stuppfler A., Skaper M.A., Cornu L., Garcia D., Marou-Alzouma O., Cauwe B. Fontes et Matériaux améliorés, vers de nouvelles solutions pour moules verriers. Tech News Fonderie, 07/2020, pp. 27-30
- Barlier C., Pelaingre C., Ezo’o G., Chobaut J.P., La fabrication additive par Stratoconception pour les outillages de fonderie – applications industrielles et R&D. La revue forge et fonderie, n°12, 12/2017, pp. 12-18
Thèses scientifiques
- Thèse de R. Michel – Gazéification catalytique du Miscanthus X giganteus et vaporeformage d’un composé modèle : production de gaz de synthèse, Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaires , en partenariat avec LCME – Laboratoire de chimie et méthodologie pour l’environnement, le 12 novembre 2009
- Thèse de J.L. Guichard – Elaboration et caractérisations de cermets alumine/métal à partir de poudres obtenues par mécanosynthèse, INPL, le 23 janvier 1998
- Thèse de J.P. Chobault – Etude de la cinétique de la transformation bainitique dans les fontes à graphite sphéroïdale
