Alliages à mémoire de formes : quand les sciences de la matière font avancer la mécatronique

2011-05-24 Alliage a memoire de formeIls se développent depuis quelques années déjà et sont de plus en plus souvent utilisés dans de nombreux domaines tels que l’automobile, l’aéronautique, la robotique ou la médecine. « Ils », ce sont les actionneurs issus d’alliages à mémoire de forme. Ces dispositifs utilisent les propriétés de certains alliages de matériaux, à garder en mémoire une forme initiale et à retourner à cette position après un changement de température du matériau. Parmi ceux-ci, nous citerons les alliages de nickel et de titane (Ni-Ti) ou encore de cuivre et de zinc (Cu-Zn) qui sont les plus couramment utilisés.

Plusieurs types d’actionneurs sont réalisables avec ces matériaux, suivant qu’ils présentent un effet mémoire simple, ou un effet de mémoire double sens. Ainsi, les premiers n’auront qu’une position stable dans laquelle ils reviendront après avoir été déformés puis chauffés, tandis que les seconds auront la capacité de prendre deux positions stables, l’une à haute température, l’autre à basse température.

On trouvera par exemple des actionneurs de type piston, capables de déplacer 45 fois leur propre poids et de se comprimer de 20% de leur longueur d’origine. Ces pistons sont fabriqués à l’aide de ressort en alliages à mémoire de forme, et leur commande se fera à l’aide d’un courant électrique qui élèvera la température du ressort par effet Joule, créant ainsi le mouvement.

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Un piston électrique réalisé grâce à des alliages à mémoire de forme.

L’industrie voit divers avantages à l’utilisation de tels actionneurs, en effet ils sont peu encombrants, silencieux et composés de peu de pièces différentes, en outre leur réactivité à l’environnement extérieur fait d’eux les candidats idéaux dans des applications de sécurité (détection de surchauffe par exemple).

Ces matériaux intelligents trouveront également leur place en robotique ou dans le domaine de l’instrumentation médicale. Dans ce dernier cas, un matériau idéalement choisi en fonction de la température de son état stable permettra par exemple de créer des agrafes osseuses qui se resserrent une fois implantées (c’est-à-dire à la température du corps humain). Dans d’autres cas, un courant électrique fera mouvoir un instrument ultra fin à l’intérieur du corps humain pour réaliser un geste chirurgical (dissection de vaisseaux, points de sutures,…).

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Un instrument chirurgical réalisé en alliage à mémoire de forme.

A l’instar des alliages à mémoire de forme, la place des innovations dans le domaine des sciences de la matière est amenée impacter de plus en plus une discipline comme la mécatronique. En effet, la miniaturisation des actionneurs et capteurs est telle qu’il devient de plus en plus intéressant d’exploiter directement les propriétés de la matière dans des buts de détection ou de mise en mouvement. C’est ainsi que les matériaux piézoélectriques ont eux aussi trouvé une place prépondérante parmi les actionneurs mécatroniques au cours des dernières années.


Sources :

Cours de Mécatronique, Willy Charon, professeur à l’UTBM

Planète AMF : http://membres.multimania.fr/planeteamf

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