NICKEL, VOL. 36, Nº 3. 2021

MAGAZINE

NICKEL

L A RE V UE SPÉCI A LISÉE DU NICK EL E T DE SES A PPLIC ATIONS NICKEL, VOL. 36, Nº 3. 2021

Le métal sociable qui dynamise la vie sociale De minuscules condensateurs pour rester connecté

Produire des vaccins pour rétablir la vie sociale

Un métal omniprésent qui se lie bien aux autres

REMKO DE WAAL EPA-EFE MX3D

ÉTUDE DE CAS 23 UNE PASSERELLE IMPRIMÉE EN 3D À AMSTERDAM Acier inoxydable : ArcelorMittal Architecture : Joris Laarman Lab Bureau d’études : Arup Fabrication : MX3D, une entreprise néerlandaise spécialiste de la fabrication additive d’objets de grandes dimensions par arc électrique robotisé Site : Oudezijds Achterburgwal, l’un des canaux les plus anciens et les plus connus du centre d’Amsterdam Longueur : 12,2 m Largeur : 6,3 m Hauteur : 2,1 m Structure constituée de 4,5 tonnes d’acier inoxydable de nuance 308LSi, mise à l’épreuve par une charge de 17 tonnes Durée de l’impression : 6 mois

NICKEL, VOL. VOL. 36, 36, Nº Nº 3.

3. 2021 2021 22 || NICKEL,

Le tout premier pont-passerelle en acier inoxydable imprimé en 3D est en service aux Pays-Bas. Ses concepteurs ont tiré parti de la fabrication additive, qui permet de construire à peu près n’importe quel modèle en peu de temps et avec peu de chutes, et ce sur place ou en usine, comme dans le cas de cette passerelle de 12 m.

Constituée de 4,5 tonnes de fil à souder en acier inoxydable de nuance 308LSi (UNS S30888), la structure a été imprimée en 3D au moyen de quatre robots de soudage à six axes. Ces machines fabriquent les sections de la passerelle par intrication de couches successives et produisent ainsi un fini en acier brut. Rendus particulièrement soudables, tenaces et résistants par leur teneur en nickel, les aciers inoxydables de la série 300 se prêtent très bien à la fabrication additive.

Les créateurs de l’ouvrage ont employé deux procédés d’impression 3D distincts. Dans le premier, appelé dépôt sous énergie concentrée (ou DMD, pour Direct Metal Deposition), le système d’impression distribue le métal par une

buse, en général sous forme de poudre ou de fil, et une source de chaleur intense le fusionne au contact. Le second, appelé fusion sur lit de poudre (ou PBF, pour Powder Bed Fusion), procure une résolution plus élevée et permet ainsi de réaliser les détails de l’ouvrage avec plus de précision.

Les éléments de passerelle imprimés en 3D ont été soudés ensemble par frittage laser au moyen de robots de grande dimension. L’ensemble intègre aussi des capteurs servant à recueillir des données de suivi sur son comportement.

Le 15 juillet 2021, la passerelle a été inaugurée officiellement par la reine Máxima, secondée en cela, bien à propos, par un robot coupeur de ruban.

ÉDITORIAL UN MÉTAL SOCIABLE DYNAMISANT LA VIE EN SOCIÉTÉ Le nickel est un métal sociable. C’est une drôle d’idée, mais quand on y réfléchit, c’est ce qui le rend vraiment utile.

Le présent numéro de Nickel se penche sur le caractère sociable du nickel, depuis ses propriétés physico-chimiques jusqu’à sa manière de faire exister des outils par lesquels le genre humain tisse des liens.

Le nickel s’allie facilement à la plupart des métaux. Il sert ainsi à produire un large éventail d’alliages tenaces, ductiles, soudables, résistant à la chaleur, à la corrosion et aux contraintes, et présentant bien d’autres propriétés physiques utiles, voire indispensables. Il permet aussi à différents métaux de contribuer ensemble à la finition des surfaces en métal ou en plastique, et ces talents conciliateurs résolvent des problèmes dans presque tous les aspects de la vie humaine.

Pour illustrer les usages du nickel qui aident à tisser nos propres réseaux de relations, nous examinons son rôle dans les minuscules condensateurs qui régulent l’alimentation des téléphones intelligents, instruments incontournables de la sociabilité contemporaine.

Comme ces appareils qui nous relient aux autres arrivent inéluctablement en fin de vie utile et alimentent ainsi une filière des déchets électroniques désormais en plein essor, nous nous intéressons aussi à la manière de récupérer le nickel qu’ils recèlent. Celui-ci est souvent réutilisé dans la production d’alliages tels que l’acier inoxydable, où son caractère sociable est de nouveau mis à profit.

Nous portons ensuite un regard sur la façon dont les aciers inoxydables au nickel aident l’industrie biopharmaceutique à se dépasser en produisant rapidement les vaccins dont nous avons tant besoin pour lutter contre les maladies comme la

Grâce à ses propriétés physicochimiques, le nickel fait exister des outils par lesquels le genre humain tisse des liens.

COVID‑19 et reprendre enfin une vie sociale normale.

Ce numéro met de nouveau à l’honneur la multiplicité des usages du nickel. Même en quantités infimes, il fait une énorme différence dans une multitude de réalisations techniques. Et quand nous pouvons de nouveau nous réunir, nous nous rendons compte à quel point ce sont les petites choses qui comptent.

Clare Richardson Rédactrice en chef

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Étude de cas 23 Passerelle imprimée en 3D Éditorial Un métal sociable dynamisant la vie sociale

NICKEL

En bref Dans toutes les poches De minuscules condensateurs Recycler les déchets électroniques La nouvelle vie des métaux usagés Usage vital du nickel La production des vaccins Nickel Le métal sociable Alliages de nickel L’Invar Le saviez-vous ?

Corrosion des canalisations enterrées

Des batteries en béton Treillis en fibre de carbone revêtu de fer COUCHE ANODIQUE

Nouvelles publications Béton conducteur (additionné de fibre de carbone)

Codes UNS La Tour LUMA à Arles Inspirée par Van Gogh

La revue Nickel est publiée par le Nickel Institute. www.nickelinstitute.org Président : Hudson Bates Rédactrice en chef : Clare Richardson communications@nickelinstitute.org

COUCHE CATHODIQUE Treillis en fibre de carbone revêtu de nickel

Collaborateurs : Gary Coates, Jim Fritz, Richard Matheson, Geir Moe, Kim Oakes, Odette Ziezold Conception : Constructive Communications Les articles sont destinés à l’information générale du lecteur et celui-ci ne doit pas s’y fier pour des applications particulières sans avoir obtenu au préalable les conseils de spécialistes compétents. Bien que les informations données soient considérées comme techniquement exactes, le Nickel Institute, ses membres, son personnel et ses consultants ne garantissent pas leur adéquation à quelque usage particulier ou général que ce soit et déclinent toute responsabilité à leur égard.

ISSN 0829-8351 Imprimé au Canada, sur papier recyclé, par Hayes Print Group Couverture : iStock©coffeekai Photos de banques d’images : iStock©Orbon Alija (page 3), Shutterstock©OlegDoroshin (page 6), iStock©Lya_Cattel (page 8), iStock©pagadesign (page 9), iStock©SDI Productions (page 10), iStock©Drazen Zigic (page 11), iStock©maki_shmaki (page 12)

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Et si les immeubles devenaient de gigantesques batteries ? Luping Tang et Emma Zhang, chercheurs à l’Université Chalmers (Suède), ont mis au point le prototype d’une batterie rechargeable à base de ciment. Cette innovation radicale utilise un béton additionné de brins de fibres de carbone auquel sont incorporés deux treillis en fibre de carbone superposés, l’un revêtu de fer pour servir d’anode et l’autre revêtu de nickel pour servir de cathode. Le montage d’étude a donné une densité énergétique moyenne de 7 watts-heures par mètre carré. C’est peu par rapport aux batteries commercialisées, mais par leur seul volume, les accumulateurs produits au moyen de cette technique suffisent à emmagasiner et à restituer une charge électrique considérable. Le béton étant le matériau de construction le plus largement utilisé dans le monde, l’intégration d’accumulateurs à base de ciment dans les bâtiments, trottoirs et ouvrages d’art du futur pourrait bien changer la donne en dopant la transition énergétique dans le secteur du bâtiment et des travaux publics.

YEN STRANDQVIST/UNIVERSITÉ DE TECHNOLOGIE CHALMERS

02

E N B R E F

SOMMAIRE

CHINA ARCHITECTURE DESIGN & RESEARCH GROUP. PHOTO : ZHANG GUANGYUAN

Une canopée futuriste Forêt artificielle alliant fantaisie architecturale et ingéniosité, le Jardin du futur, créé à Nankin dans le cadre du parc des expositions horticoles de la province chinoise du Jiangsu, intègre 42 arbres en acier inoxydable dont les rameaux en ombrelle portent le toit de la structure. Ces arbres, tous identiques, sont interconnectés à leur sommet, où chacun supporte un panneau acrylique transparent en feuille de lotus (une première mondiale).

Le réaménagement du site, naguère occupé par une carrière et une cimenterie, s’est accompli malgré la complexité des problèmes posés par l’état des sols, et le résultat est un régal pour les yeux. L’ensemble intègre environ 1 000 tonnes d’acier inoxydable au nickel de nuance 316L (UNS S31603).

ELECTRICAIR

Vol tout électrique

Gary Freedman, fondateur d’ElectricAir, a enregistré le record mondial du plus long vol tout électrique au-dessus de l’eau par une traversée du détroit de Cook (NouvelleZélande) en 40 minutes, marquant ainsi un grand bond en avant pour l’écoaviation. Les deux batteries au lithium alimentant le moteur électrique de l’appareil durent jusqu’à 90 minutes et se rechargent en moins d’une heure, et il va sans dire qu’elles contiennent du nickel. Ce vol en solo a été programmé de manière à coïncider avec l’ouverture de la Conférence des Nations Unies sur les changements climatiques tenue à Glasgow en novembre 2021, soit 101 ans après la première traversée en avion classique du détroit séparant les deux grandes îles de la Nouvelle-Zélande. « C’est l’amorce d’un changement radical, annonce Gary Freedman. Les avions électriques gagnent rapidement en dimensions et en rayon d’action et sont parfaits pour les courtes distances. »

Mesurer la douceur de la sueur Des chercheurs de l’Université d’État de Pennsylvanie ont

« Nous souhaitons maintenant étudier l’application de cette

publié, dans la revue Biosensors and Bioelectronics, les

technique à la surveillance quotidienne des patients »,

détails d’un capteur non effractif innovant et peu coûteux

annonce Huanyu Cheng, qui dirige l’équipe de recherche.

servant à mesurer la teneur en glucose de la sueur. Son substrat initial, constitué de graphène produit au laser, n’est « pas du tout sensible au glucose », mais l’ajout d’une couche UNIVERSITÉ D’ÉTAT DE PENNSYLVANIE

d’alliage nickel-or lui confère une « robuste sensibilité au glucose ». Le dispositif réutilisable est fixé au bras et les mesures se font lors de brèves séances d’exercice une heure et trois heures après un repas. Bien que la concentration en glucose de la sueur soit 100 fois inférieure à celle du sang, le nouveau dispositif la mesure avec exactitude, comme le confirment les glucomètres commercialisés.

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DU NICKEL DANS CHAQUE POCHE DE MINUSCULES CONDENSATEURS POUR RESTER CONNECTÉS Le nickel a permis de miniaturiser les condensateurs céramiques multicouches sans réduire leur capacité, simplement en réduisant l’épaisseur de leur couche diélectrique.

Le téléphone intelligent, dont on ne se sépare plus, est un système électronique complexe incorporant une multitude de fonctions, toutes alimentées par la même batterie interne. Leurs circuits électroniques intègrent différents composants tels que diodes, transistors, résistances, inductances et condensateurs, raccordés par des fils conducteurs ou par des pistes imprimées sur une plaquette. Le condensateur sert à emmagasiner une certaine charge électrique (sa capacité), plus ou moins comme une pile rechargeable.

Les condensateurs sont essentiels au

Anatomie d’un condensateur

fonctionnement des circuits électroniques.

céramique multicouches

Si les unités d’alimentation pouvaient

Les condensateurs céramiques multi-

fournir une tension constante quel que

couches se composent pour l’essentiel

soit l’appel de courant et si aucun

d’au moins deux plaques de métal

composant ne produisait de bruit

parallèles (les électrodes) séparées par

électrique, il n’y aurait pas besoin de

un matériau isolant (le diélectrique).

condensateurs. Mais les fluctuations de

À l’heure actuelle, ils peuvent compter

tension sont inévitables, et il faut bien les

600 électrodes parallèles de moins d’un

lisser. Le condensateur constitue un

micromètre d’épaisseur.

tampon de stockage servant à toujours

Ils ont été inventés il y a plus de 40 ans

fournir assez de courant pour alimenter tous les composants et à filtrer le bruit, afin que les différents sous-circuits électroniques fonctionnent comme prévu.

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pour remplacer les condensateurs céramique à disque. Ces derniers présentaient seulement deux pattes se montant le plus souvent dans des trous

Les appareils électroniques grand public

sur la plaquette de circuit imprimé. Ils ne

intègrent souvent des centaines de minus-

se prêtaient ni au montage rapide ni à la

cules condensateurs, voire plus d’un millier

miniaturisation des circuits. Les conden-

pour des téléphones intelligents de pointe

sateurs céramique multicouches, en

tels que l’iPhone. Il s’agit de condensateurs

revanche, présentent une forme rectangu-

céramique multicouches, qui peuvent être

laire permettant un montage à cadence

aussi petits qu’un grain de sable. Ils servent

élevée. Leurs électrodes se composaient

à découpler les différents sous-circuits

au départ d’un alliage argent-palladium

de manière à protéger chacun d’eux des

(Ag-Pd), qui a été remplacé par du nickel

fluctuations de courant d’alimentation

au début des années 2000. Le nickel pré-

causées par l’activité des autres.

sentait plusieurs avantages par rapport à

TAIYO YUDEN EUROPE GMBH

En 2020, 4 800 tonnes de poudre de nickel ont servi à la fabrication de condensateurs céramiques multicouches, qui peuvent être aussi petits qu’un grain de sable.

l’alliage Ag-Pd, dont les suivants :

connectés (tels que montres intelligentes

• couches diélectriques plus fines ;

et moniteurs d’activité physique), les

• capacités plus élevées (plus grande

systèmes d’avionique et les véhicules

densité d’énergie volumique) ; • moindre coût.

Le nickel est désormais le matériau de choix pour la fabrication des conden-

intelligents (en particulier ceux équipés de systèmes d’aide à la conduite). En fait, ils sont partout où se trouvent des modules électroniques miniaturisés. On en

sateurs céramique multicouches. Il a

fabrique jusqu’à quatre mille milliards par

permis de les miniaturiser en réduisant

an, dont 40 % rien que pour les téléphones

l’épaisseur de la couche diélectrique sans

intelligents. En 2020, 4 800 tonnes de

modifier leur capacité. Les condensateurs

nickel ont servi à la fabrication de ces

céramique multicouches au nickel sont

minuscules composants dont dépend le

présents notamment dans les téléphones

fonctionnement des appareils électro-

intelligents, les objets personnels

niques intelligents d’aujourd’hui.

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RECYCLAGE DES DÉCHETS ÉLECTRONIQUES UNE NOUVELLE VIE POUR LES MÉTAUX USAGÉS « Nos procédés se fondent sur une métallurgie complexe plomb-cuivrenickel utilisant ces métaux usuels comme collecteurs pour récupérer les métaux précieux ainsi que d’autres métaux dits “impuretés” tels que l’antimoine, le bismuth, l’étain, le sélénium, le tellure et l’indium. » — Umicore

« Les déchets d’équipements électriques et électroniques, y compris ceux d’accumulateurs Li‑ion, sont prétraités et placés dans un convertisseur à cuivre, puis le sulfate de nickel brut est extrait par électrolyse et envoyé à une raffinerie de nickel pour être transformé en sulfate de nickel pur, qui sert de matière première dans la fabrication des batteries. » — Sumitomo Metal Mining

« Grâce à la structure modulaire de nos nouveaux systèmes de recyclage, nous pouvons réagir aux marchés et aux besoins avec une grande souplesse et réintroduire ainsi de plus en plus de matériaux contenant du métal dans leur cycle de réutilisation. » — Aurubis

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Imaginez le plus grand des navires de croisière. Imaginez ensuite son poids (un peu plus de 100 000 tonnes). Puis imaginez le poids de 500 navires identiques à celui-ci. C’est la quantité ahurissante de nouveaux déchets électroniques que nous produisons chaque année.

Plus de 53 millions de tonnes rien qu’en 2020, selon le Global E-waste Monitor. Et cela va augmenter d’année en année, avec une projection de 74 millions de tonnes pour 2030. Mais aujourd’hui, à peine une dizaine de millions de tonnes de déchets d’équipements électriques et électroniques (DEEE) sont vraiment recyclées, c’est-à-dire traitées de manière à récupérer les métaux et autres matériaux de valeur, dont le nickel. Les 43 millions de tonnes de DEEE restantes, qui contiendraient selon les estimations pour environ 55 milliards de dollars US de matériaux récupérables, ne sont pas recyclées et finissent en décharge. Il est clair que la plupart des téléphones mobiles, ordinateurs, téléviseurs et autres appareils ou composants électroniques de notre quotidien connaissent une fin de vie déplorable.

Une récupération complexe Les DEEE contiennent du nickel, quoiqu’en quantité variable selon le type de composants à recycler. Sa récupération est vraiment complexe, car ce métal « sociable » s’amalgame bien avec la plupart des autres métaux. Le nickel constitue le plus souvent entre 0,5 % et 2 % du poids total d’un composant, ce qui est très largement en dessous de sa teneur en fer ou en cuivre. La filière électronique utilise le nickel pour ses attributs essentiels, comme le montre son emploi dans les condensateurs céramique multicouches (voir page 6).

Les métaux précieux (or, argent et palladium), même présents en bien moindres quantités, peuvent avoir une plus grande valeur pécuniaire. Mais dans une économie circulaire, il faut récupérer le plus possible de matériaux, et les membres du Nickel Institute y mettent vraiment du leur.

Des procédés exclusifs Chaque producteur de nickel engagé dans le recyclage des DEEE emploie ses propres procédés de traitement, qui sont

souvent exclusifs. Tout commence par un prétraitement, car les DEEE contiennent beaucoup de plastiques, céramiques et autres matériaux non métalliques relevant de filières distinctes, la fraction métallique étant la plus intéressante. À ce stade, l’acier des appareils peut être prélevé par séparation magnétique et envoyé à des aciéries pour un recyclage direct. Le broyage, par exemple des cartes de circuit imprimé, voire des téléphones entiers, peut faciliter la séparation des matériaux. Certaines entreprises établissent des chaînes de recyclage distinctes pour les différents types d’accumulateurs, dont les quantités à recycler devraient augmenter rapidement à mesure que les batteries de véhicules électriques arrivent en fin de vie.

Les procédés mis en œuvre dans la récupération des métaux, notamment du cuivre, du nickel et des métaux précieux, incluent la pyrométallurgie (à haute température), l’hydrométallurgie (dissolution acide), ou les deux. Quelques entreprises arrivent à récupérer d’autres éléments utilisés dans les composants électroniques, notamment l’indium, le sélénium, le bismuth et d’autres métaux présents en quantités encore plus infimes.

Une matière première importante Certaines entreprises membres du Nickel Institute traitent déjà des DEEE depuis plus de 30 ans. Ces déchets constituent une source de matière première importante et elles sont prêtes à en recycler de plus grandes quantités dans le futur. Les matériaux devenus déchets ont été extraits du sol il y a fort longtemps et peuvent être de nouveaux transformés en composants électroniques neufs pour satisfaire les besoins actuels. Même si la quantité de nickel présente dans les DEEE est relativement faible, le secteur du nickel contribue activement à l’effort commun visant à établir une économie circulaire.

« Vale recourt depuis longtemps au traitement pyrométallurgique pour recycler les matériaux, mais étudie aussi des procédés hydrométallurgiques. Notre schéma de processus est robuste et offre plusieurs options de traitement pour ces matériaux, et nous continuerons à faire progresser notre capacité à recycler la masse noire. » — Vale

« Notre convertisseur de Rönnskär, dans le nord de la Suède, est l’une des plus grandes installations au monde pour le recyclage des métaux contenus dans les déchets électroniques. De plus, cette unité réduit ses émissions au strict minimum et son procédé sert aussi à alimenter un réseau de chauffage urbain. » — Boliden

« Nous avons recyclé plus d’un million de tonnes de déchets électroniques depuis les années 1990. » — Glencore

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UN USAGE VITAL DU NICKEL : LA PRODUCTION DES VACCINS

Si les années 2020 et 2021 ont surtout été marquées par tous les maux découlant de la Palette de filtration tangentielle employée dans la production des vaccins

pandémie de COVID-19, elles ont aussi donné lieu à de grandes avancées dans la mise au point de vaccins susceptibles de la contenir et apportant ainsi une lueur d’espoir. La capacité des chercheurs, des laboratoires biopharmaceutiques et des pouvoirs publics à créer, produire et déployer rapidement des vaccins très efficaces restera sans doute

COTTER BROTHERS CORP.

dans les annales comme l’un des plus grands tours de force de notre époque.

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Après la mise au point de ces nouveaux

Pour accélérer la production des vaccins,

vaccins, le défi consiste à en produire des

l’industrie a opté pour des moyens

centaines de millions de doses aussi vite

techniques à usage unique. Cela consiste

que possible, alors qu’on ne dispose pas

notamment à utiliser des bioréacteurs en

encore de capacités de production com-

matériaux polymères qui sont stérilisés

parables à celles des vaccins usuels. La

aux rayons gamma avant l’emploi, puis

construction, l’homologation et la mise

retirés et éliminés après un seul usage.

en service de nouvelles usines équipées

Cette méthode permet de se passer des

de bioréacteurs, d’unités de production

systèmes d’EPPI et de NEP, et donc de

d’eau pour préparations injectables

lancer la production beaucoup plus tôt.

(EPPI) et de systèmes de nettoyage en

Le matériau le plus largement utilisé

place (NEP) peuvent prendre 18 mois ou

dans l’équipement des usines pharma-

plus. En pleine pandémie, ce délai est

ceutiques usuelles est l’acier inoxydable

simplement trop long.

au nickel de nuance 316L (UNS S31603),

parallèle à celle-ci. Une partie du flux (le

fortement alliées ou à des alliages de

perméat) traverse la membrane, tandis

nickel pour les procédés nécessitant une

que le reste (le rétentat) est renvoyé vers

plus grande résistance à la corrosion.

la pompe d’alimentation et remis en

L’emploi de poches en polymère à usage

circulation. Cette purification s’effectue

unique comme bioréacteurs permet d’utiliser moins d’acier inoxydable et d’autres alliages résistants à la corrosion qu’avec les moyens de production usuels.

sur une palette de filtration intégrant un châssis en acier poli de nuance 304L et une tuyauterie de circulation en acier électropoli de nuance 316L.

Même si ces poches jetables rem­placent

Le matériel de l’industrie pharmaceu-

une partie des aciers inoxydables aus-

tique répond le plus souvent à la norme

ténitiques au nickel, ceux-ci continuent

américaine ASME BPE, qui porte sur les

de jouer un rôle vital dans la production

matériaux, la conception, la fabrication,

des vaccins. Les poches en polymère

l’inspection, la mise à l’essai et l’homo-

des bioréacteurs doivent être disposées

logation des équipements pour procédés

dans des enceintes assurant leur support

biopharmaceutiques nécessitant un degré

mécanique et leur régulation thermique.

d’hygiène élevé.

Celles-ci sont en acier inoxydable poli de

La demande mondiale de vaccins contre

nuance 304L (S30403), afin de maintenir l’hygiène et la facilité de nettoyage du milieu de production.

Grandes enceintes parallélépipédiques utilisées dans la production des vaccins

la COVID-19 va se maintenir pendant quelque temps et donnera lieu à terme à la construction d’unités de production

La purification du vaccin est une étape

traditionnelles. En attendant, les

incontournable du procédé. Dans les

bioréacteurs à usage unique demeurent

bioréacteurs à usage unique, elle se fait

indispensables à la production rapide de

par filtration tangentielle. Cette technique

ce moyen de lutte vital. Et dans tous les

consiste à balayer la surface d’une

cas, les alliages au nickel resteront des

membrane filtrante avec le liquide à filtrer

matériaux essentiels à la fabrication des

en maintenant le flux dans une direction

équipements.

COTTER BROTHERS CORP.

qui peut faire place à des nuances plus

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NICKEL : LE MÉTAL SOCIABLE

Le nickel s’allie facilement au fer, au cuivre, au chrome, au molybdène, au titane, au cobalt et au tungstène pour produire des alliages indispensables à de nombreux domaines techniques.

Vous souvenez-vous du temps où un bulletin scolaire pouvait porter la mention « s’entend bien avec les autres » ? Elle peut aussi s’appliquer au nickel, un élément adaptable s’alliant bien avec la plupart des métaux. De fait, la diversité des alliages au nickel et de leurs utilisations est incomparable.

Le nickel forme des alliages binaires (à deux éléments) avec le cuivre, le molybdène, le titane, le fer et le chrome. Il forme aussi des alliages ternaires dont le fer est le troisième élément, soit parce que sa présence est essentielle pour obtenir les propriétés voulues, soit parce qu’elle réduit le coût du matériau sans compromettre lesdites propriétés.

Il sert enfin à former des alliages multiconstitués contenant plusieurs des éléments susmentionnés, en particulier les aciers inoxydables résistants à la corrosion et les alliages à base de nickel.

La présence de chrome, de molybdène et

d’autres éléments procure de la résistance à la corrosion, mais le nickel est essentiel au maintien d’une microstructure austénitique conférant à ces alliages leur excellente aptitude au formage et au soudage. Et les concentrations en nickel requises augmentent avec celles de ces autres éléments. Grâce à cette « sociabilité » du nickel, il est possible de créer de nombreux alliages résistants à la corrosion sans lesquels la plupart des composés chimiques utilisés dans l’industrie seraient plus difficiles et plus coûteux à produire, car il faudrait alors faire appel à des métaux moins satisfaisants.

Composition (% en poids)* Désignation Alliages binaires

Alliages ternaires Alliages multiconstitués Aciers inoxydables résistants à la corrosion et alliages à base de nickel

UNS

Ni

Autres

Alliage 400 Cu-Ni 70-30 Alliage B-2 Nitinol Alliage 36 Nichrome 80-20 Kovar ® Alliage 80 Alliage 600 Alliage 33 MP35N® Alliage 188 Alliage 617 316 Inox à 6 % de Mo Alliage 625 Alliage C-276 Alliage 718

N04400 C71500 N10665 N01555 K93600 N06003 K94610 N14080 N06600 R20033 R30035 R30188 N06617 S31600 S31254 N06625 N10276 N07718

66 30 72 55 36 80 29 80 75 32 35 22 54 10 18 60 58 52

Cu (32) Cu (70) Mo (28) Ti (45) Fe (64) Cr (20) Co (17), Fe (54) Mo (5), Fe (14) Cr (15), Fe (8) Cr (33), Fe (34) Co (35), Cr (20), Mo (10) Co (40), Cr (22), W (14) Co (12,5), Cr (22), Mo (9) Cr (16), Mo (2), Fe (70) Cr (20), Mo (6), Fe (55) Cr (21), Mo (8), Nb (3,5), Fe (4) Cr (15), Mo (16), Fe (5), W (3,5) Cr (19), Nb (5), Mo (3)

Résistance à la corrosion Résistance à la corrosion Résistance à la corrosion Mémoire de forme et superélasticité Faible dilatation Éléments chauffants électriques Faible dilatation Perméabilité magnétique élevée Résistance à la corrosion Résistance à la corrosion Résistance élevée aux contraintes et à la corrosion Service à haute température Service à haute température Résistance à la corrosion Résistance à la corrosion Résistance à la corrosion Résistance à la corrosion Résistance élevée aux contraintes et à la corrosion

310 330

S31000 N08330

20 35

Cr (25), Fe (52) Cr (19), Si (1,2), Fe (44)

Service à haute température Service à haute température

* Parts approximatives des principaux éléments

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Caractéristiques

L’INVAR : UN ALLIAGE QUI VAUT UN NOBEL

À mesure qu’on augmente la teneur en nickel de l’alliage au-delà de 36 % et jusqu’à 50 %, son coefficient de dilatation thermique augmente lui aussi. Cela a conduit à mettre au point toute une famille d’alliages fer-nickel présentant un coefficient de dilatation thermique optimisé pour des plages de température bien définies, qui sont appelés alliages à dilatation contrôlée.

requis pour fabriquer des pièces en

Il est alors possible de choisir des alliages dont les coefficients de dilatation correspondent à ceux des différents verres et céramiques de manière à produire des joints verre-métal et céramique-métal hermétiques et à protéger ainsi les appareils électroniques des gaz et des liquides. De tels alliages permettent aussi de produire les moules

également à fabriquer des membranes de

EMILIO SEGRÈ VISUAL ARCHIVES

Dans la plage allant de la température ambiante à la chaleur maximum d’un four de cuisine (260 °C environ), l’alliage de carbone et de fer qui constitue l’acier se dilate. Le plus souvent, cette dilatation thermique n’est ni perceptible ni assez importante pour poser problème, mais pour certains équipements, comme les appareils de mesure de précision et les horloges mécaniques, elle crée des difficultés considérables. En 1895, le physicien suisse Charles-Édouard Guillaume a découvert qu’un alliage contenant 64 % de fer et 36 % de nickel présentait un coefficient de dilatation exceptionnellement faible, ce qui lui a valu d’être lauréat du prix Nobel de physique en 1920. Cet alliage a été baptisé Invar (d’après « invariable ») pour évoquer sa relative absence de dilatation ou de contraction dans la plage de température de 20 °C à 100 °C, où son coefficient de dilatation thermique équivaut à peu près au dixième de celui de l’acier ordinaire. matériaux composites selon les tolérances étroites requises dans l’aérospatiale. Et les bilames constitués de deux

Le physicien suisse Charles-Édouard Guillaume, lauréat du prix Nobel

alliages présentant des coefficients de dilatation bien différents servent d’interrupteurs thermiques. Comme l’Invar conserve aussi de bonnes caractéristiques de résistance et de ténacité aux températures cryogéniques, il sert

L’Invar ® sert à fabriquer la membrane de confinement de certains méthaniers.

confinement pour les citernes de gaz naturel liquéfié.

Les alliages fer-nickel de cette famille sont essentiels à la production des appareils de mesure de précision, des interrupteurs thermiques et des boîtiers protégeant les circuits électroniques.

Composition des alliages à dilatation contrôlée (% en poids) Fe

K93600

36

restant

Kovar®

K94610

29

restant

Alliage 42

K94100

41

restant

Alliage 52

N14052

52

restant

Co 17

ROLAND MOURON

Ni Invar 36 ®

NICKEL, VOL. 36, Nº 3. 2021 | 13

Le saviez-vous ?

Les experts du Nickel Institute répondent à vos questions

Geir Moe est l’ingénieur chargé de coordonner le service d’information technique du Nickel Institute.

Constituée d’experts techniques situés dans le monde entier, son équipe se tient à la disposition des utilisateurs et prescripteurs de matériaux contenant du nickel pour leur apporter gratuitement des conseils techniques sur une vaste gamme d’utilisations de ce métal (aciers inoxydables, alliages de nickel, nickelage, etc.) et leur permettre ainsi de tirer parti de ses nombreux avantages en toute confiance. https://inquiries.nickelinstitute.org/

Q R

Question : Les surfaces extérieures des canalisations en acier inoxydable enterrées nécessitent-elles des mesures de protection contre

la corrosion ?

R : Il s’agit d’un sujet complexe, car la

drainé, ou lorsque le sol contient des

corrosivité du milieu dépend du type de

espèces chimiques corrosives telles

sol et peut aussi varier selon l’époque

que des chlorures, il ne reste plus

de l’année. En général, les canalisations

qu’à utiliser un acier inoxydable plus

et citernes en acier enterrées souffrent

résistant à la corrosion, tel que ceux

de corrosion lorsque le sol présente une

des nuances 2205 (S32205), 2507

ou plusieurs des conditions suivantes :

(S32750) ou à 6 % de Mo (S31254), ou

• humidité élevée ; • pH inférieur à 4,5 ; • résistivité inférieure à 1 000 Ω·m ; • présence de chlorures, de sulfures et

EN

NICKEL

LIGNE

de bactéries ;

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG

ABONNEZ-VOUS pour recevoir gratuitement un exemplaire imprimé de la revue Nickel en anglais ou un avis par courriel dès la parution d’un nouveau numéro. www.nickelinstitute.org LISEZ la revue Nickel (disponible en ligne en plusieurs langues). www.nickelinstitute.org/library/

Voici deux documents apportant des

Un bon compactage du sol excluant

Soil Corrosion Test for Stainless Steel

bien l’oxygène devrait freiner la

Pipes – 10-year Burial Test Result

corrosion. Les sols perméables

Report (à télécharger gratuitement sur

s’asséchant vite, généralement situés

www.nickelinstitute.org)

au-dessus de la nappe phréatique, sont moins corrosifs que ceux qui restent longtemps humides. Les chlorures présents dans les sols situés près de la mer ou aux abords des routes déglacées par épandage de sels de voiries peuvent poser des problèmes. Et la matière

SUIVEZ-NOUS sur Twitter : @NickelInstitute

sous influence microbiologique.

alimenter une activité microbienne susceptible d’entraîner une corrosion

Dans la plupart des cas, l’acier inoxydable de nuance 316L (UNS S31603) est un alliage adéquat. Mais lorsque la corrosivité du sol ne peut pas être atténuée au moyen d’un remblai bien

14 | NICKEL, VOL. 36, Nº 3. 2021

dommages mécaniques.

informations utiles à ce sujet :

organique ou les sulfures peuvent

VISIONNEZ les vidéos de la chaîne YouTube du Nickel Institute : www.youtube.com/user/NickelInstitute

s’utilisent guère en raison du risque de

• présence de courants vagabonds.

CONSULTEZ LES ANCIENS NUMÉROS de la revue Nickel dans nos archives en ligne, qui remontent jusqu’à juillet 2009. www.nickelinstitute.org/library/

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encore à envelopper les canalisations de ruban de paraffine. Les enduits ne

Corrosion Resistance of Stainless Steels in Soils and in Concrete, par Pierre-Jean Cunat (à télécharger gratuitement sur www.worldstainless.org)

Nouvelles publications Parution de deux nouvelles

inoxydable dans la construction des bâti-

normes AISC

ments et des ouvrages d’art. Il s’agit des

L’AISC (American Institute of Steel

premières normes américaines portant

Construction) vient de publier deux

sur l’utilisation structurale des profilés

nouvelles normes portant sur l’acier

en acier inoxydable de forte épaisseur

inoxydable :

laminés à chaud et soudés, d’où leur

ANSI/AISC 370-21 (Specification

importance. Les codes AISC sont

for Structural Stainless Steel

utilisés par les ingénieurs en structure de

Buildings) et ANSI/AISC 313-21 (Code

nombreux pays du monde.

of Standard Practice for Structural

Nancy Baddoo, du Steel Construction

Stainless Steel Buildings). Elles sont

Institute (Royaume-Uni), et Catherine

disponibles en téléchargement gratuit au

Houska, consultantes du Nickel Institute

lien suivant : www.aisc.org/publications/

et de Team Stainless, ainsi que des

steel-standards/

aciéristes et des fabricants, ont participé

Ces normes très attendues aideront

au fil des trois dernières années à la

ingénieurs, architectes et prescripteurs

mise au point de ces nouvelles normes

de matériaux à tirer pleinement parti

importantes en étroite collaboration avec

des propriétés exceptionnelles de l’acier

l’AISC.

Nouvelles vidéos : Nickel Enabling Clean Energy (le nickel au cœur des énergies propres) Le Nickel Institute a produit une brève vidéo soulignant la place du nickel au cœur des technologies appuyant la lutte contre les changements climatiques. Cette vidéo vivante et captivante présente une industrie qui prend ses responsabilités, qui reconnaît

qu’il y a plus à faire et qui fournit un produit jouant un rôle capital dans les technologies énergétiques propres. À voir sur le site Web et sur la chaîne YouTube du Nickel Institute. nickelinstitute.org

Codes UNS UNS

Composition chimique des alliages et aciers inoxydables mentionnés dans ce numéro de Nickel (en pourcentage massique).

C

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

S30403 p. 11

0,03 max.

18,0 à 20,0

-

restant

2,00 max.

-

-

8,0 à 12,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S30888 p. 2

0,03 max.

19,5 à 22,0

0,50 max.

restant

1,0 à 2,5

0,75 max.

9,0 à 11,0

0,03 max.

0,03 max.

0,65 1,00

S31254 p. 14

0,020 max.

19,5 à 20,5

0,50 à 1,00

restant

1,00 max.

6,0 à 6,5

0,18 à 0,22

17,5 à 18,5

0,030 max.

0,010 max.

0,80 max.

S31603 p. 5, 10, 11, 14, 16

0,030 max.

16,0 à 18,0

-

restant

2,00 max.

2,00 à 3,00

-

10,0 à 14,0

0,045 max.

0,030 max.

1,00 max.

S32205 p. 14

0,030 max.

22,0 à 23,0

-

restant

2,00 max.

3,00 à 3,50

0,14 à 0,20

4,50 à 6,50

0,030 max.

0,020 max.

1,00 max.

S32750 p. 14

0,030 max.

24,0 à 26,0

-

restant

1,20 max.

3,0 à 5,0

0,24 à 0,32

6,0 à 8,0

0,035 max.

0,020 max.

0,80 max.

NICKEL, VOL. 36, Nº 3. 2021 | 15

© IWAN BAAN

LUMA ARLES : UNE TOUR RESPLENDISSANTE La ville d’Arles, immense carrefour rhodanien entre Crau, Alpilles et Camargue, s’est enrichie d’un nouveau joyau architectural : une tour de 56 m aux contours audacieux et resplendissants. Sa façade d’aspect torsadé s’élève au-dessus d’une vaste rotonde en verrière cylindrique et se compose de 11 000 briques d’acier inoxydable disposées de manière irrégulière et ponctuées de fenêtres en baie. Imaginée par Frank Gehry, lauréat du prix Pritzker d’architecture, elle rend hommage aux paysages environnants, à

© ADRIAN DEWEERDT

l’urbanisme romain de la vieille ville et à l’œuvre de Vincent van Gogh, qui fut son plus illustre habitant à son époque. Elle siège au cœur du Parc des Ateliers, un campus créatif interdisciplinaire établi sur le site d’une ancienne gare de triage abandonnée en 1986.

Frank Gehry explique l’idée directrice La rotonde cylindrique formant le socle de la tour évoque les arènes d’Arles, un amphithéâtre romain à deux niveaux construit vers l’an 90 de notre ère. Les étages supérieurs, parés d’acier inoxydable, s’inspirent de La nuit étoilée, la fameuse toile de Vincent van Gogh, peinte en 1889 pendant son séjour à l’asile du monastère Saint-Paul-de-Mausole.

16 NICKEL, | NICKEL,VOL. VOL.36,36,NºNº3.3.2021 2021

de son projet : « La façade du nouveau bâtiment s’inspire des sommets calcaires des Alpilles. Son apparence évolue au fur et à mesure qu’on en fait

l’héritage industriel du site immédiat. » Les briques revêtant la façade ont été confectionnées à partir de 220 tonnes de tôle d’acier inoxydable de nuance 316L

le tour, car la lumière se reflète diffé-

(UNS S31603) obtenue par laminage à

remment sur chacune de ses briques.

froid et légèrement gaufrée afin de

Reproduites en tôle d’acier inoxydable,

relâcher la tension de leur surface et

elles rappellent à la fois la tradition des

d’obtenir ainsi la plus grande réflectance

édifices en maçonnerie de la région et

possible.