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céramistes du monde entier cherchent aujourd'hui à mieux maîtriser leurs procédés de transformation par frittage, l'usinage étant quasi impossible). Mais les carbures et les nitrures de silicium ne se frittent pas naturellement et nécessitent un apport d'énergie extérieur sous forme de pression ou d'additifs chimiques. L'espoir de pouvoir utiliser ces matériaux dans des moteurs thermiques (turbines, diesel) est leur principale motivation. L'enjeu là encore est d'accroître les rendements en creusant l'écart de température du cycle. Ainsi General Motors et Ford ont fait tourner des turbines terrestres de 200 CV en céramique. En France, SEMT (diesel marin) teste des hauts de chemise en zircone partiellement stabilisée (La-farge Réfractaire). Au Japon, le céramiste Kyocera fait beaucoup de bruit autour d'un moteur comportant de nombreux organes (chemise culasse, têtes de pistons, cames...) qui sont en nitrure de silicium. Grâce aux propriétés d'isolation du matériau le système de refroidissement du moteur est supprimé, d'où un allègement de 12 kg. Mais les céramiques gardent un défaut : leur fragilité. Là où un métal « tient » en répartissant l'effort par déformation plastique, la céramique casse sans rémission. Aussi n'est-on pas à la veille de voir voler une turbine en céramique sur un avion civil ! Tous les espoirs des céramistes résident là encore dans les composites. Un nitrure de silicium renforcé de fibres de carbure de silicium double sa résistance mécanique. Bien que des renforts céramiques soient déjà commercialisés (fibres de carbure de silicium de Nippon Carbon, fibre d'alumine de Du Pont) on n'en connaît encore pas d'applications vraiment industrielles. D'étranges confusions de genres apparaissent. Après quatre mille ans de métallurgie fondée sur des structures cristallines, les métaux sont entrés dans une ère nouvelle en 1960, avec le premier alliage à structure amorphe obtenu par le professeur P. Duwez au Caltech : pour la première fois en effet un alliage métallique présentait la structure désordonnée d'un verre. Curiosité de laboratoire ? Pas seulement. Les verres métalliques possèdent généralement des propriétés électriques, magnétiques, chimiques et mécaniques exceptionnelles : une résistance à la rupture très élevée, une dureté et une ductilité importantes, une résistivité élevée proche de
Tous les espoirs des céramistes résident là encore dans les composites. Un nitrure de silicium renforcé de fibres de carbure de silicium double sa résistance mécanique. Bien que des renforts céramiques soient déjà commercialisés (fibres de carbure de silicium de Nippon Carbon, fibre d'alumine de Du Pont) on n'en connaît encore pas d'applications vraiment industrielles. D'étranges confusions de genres apparaissent. Après quatre mille ans de métallurgie fondée sur des structures cristallines, les métaux sont entrés dans une ère nouvelle en 1960, avec le premier alliage à structure amorphe obtenu par le professeur P. Duwez au Caltech : pour la première fois en effet un alliage métallique présentait la structure désordonnée d'un verre. Curiosité de laboratoire ? Pas seulement. Les verres métalliques possèdent généralement des propriétés électriques, magnétiques, chimiques et mécaniques exceptionnelles : une résistance à la rupture très élevée, une dureté et une ductilité importantes, une résistivité élevée proche de celle de l'état liquide, une tenue en corrosion améliorée ; et surtout les alliages amorphes de métaux de transition et de métalloïdes sont ferro-magnéti-ques et peuvent acquérir par traitement thermique un champ coercitif faible, une bonne perméabilité et une magnétostriction pratiquement nulle. Dans les métaux ordinaires, la structure cristalline crée des axes privilégiés d'aimantation. Aussi, chaque fois que l'on veut modifier la direction d'aimantation par rapport à cet axe, une dépense d'énergie est nécessaire. La structure amorphe des verres métalliques permet d'en faire l'économie. De plus leur résistivité réduit les pertes par conduction. Leur intérêt est donc évident dans les transformateurs de distribution électrique, de télécommunications, les blindages, les têtes de lectures magnétiques. Encore faut-il pour élaborer ces nouveaux matériaux figer la structure du liquide en refroidissant l'alliage fondu si vite qu'il n'ait pas le temps de cristalliser : les vitesses nécessaires atteignent le million de degrés par seconde. La machine la plus utilisée pour cette trempe hyperrapide comporte une roue froide tournant à grande vitesse sur laquelle un jet de métal liquide vient se solidifier sous la forme d'un ruban. Cette description correspond d'ailleurs exactement à la machine brevetée en 1908 et utilisée pour faire des rubans de zinc
des axes privilégiés d'aimantation. Aussi, chaque fois que l'on veut modifier la direction d'aimantation par rapport à cet axe, une dépense d'énergie est nécessaire. La structure amorphe des verres métalliques permet d'en faire l'économie. De plus leur résistivité réduit les pertes par conduction. Leur intérêt est donc évident dans les transformateurs de distribution électrique, de télécommunications, les blindages, les têtes de lectures magnétiques. Encore faut-il pour élaborer ces nouveaux matériaux figer la structure du liquide en refroidissant l'alliage fondu si vite qu'il n'ait pas le temps de cristalliser : les vitesses nécessaires atteignent le million de degrés par seconde. La machine la plus utilisée pour cette trempe hyperrapide comporte une roue froide tournant à grande vitesse sur laquelle un jet de métal liquide vient se solidifier sous la forme d'un ruban. Cette description correspond d'ailleurs exactement à la machine brevetée en 1908 et utilisée pour faire des rubans de zinc ou d'étain. Depuis l'ére des applications industrielles est commencée au Japon où plus de trente sociétés se sont engagées dans des recherches, aux Etats-Unis et en RFA. Un transformateur de 15 kVA construit pour le programme solaire américain en 1978 a révélé des pertes de 12 % inférieures et une économie de 142 W. Allied Corporation a fourni à une société française un noyau contenant 100 kg de métaux amorphes pour un transformateur de 60 kVA triphasé. Malgré un prix de production encore élevé les réalisations se multiplient depuis un ou deux ans : moteurs électriques avec 80 % de pertes en moins, têtes de magnétophones, bobines d'inductance... La France dispose au niveau de la recherche d'atouts importants grâce à des équipes de valeur. Dès 1965 l'hypertrempe était étudiée par des pionniers à l'université de Paris-Sud-Orsay. Il s'agit de passer au stade industriel. Alors, dans la course à l'innovation, la palme revient-elle en définitive aux métaux grâce aux amorphes ? Sans doute, mais les plastiques se préparent à des résultats non moins surprenants, en annexant la propriété qui caractérisait le mieux l'état métallique, la conductibilité électrique. Prédits dès 1964 par Little, synthétisés par des équipes américaines en 1972, les matériaux
économie de 142 W. Allied Corporation a fourni à une société française un noyau contenant 100 kg de métaux amorphes pour un transformateur de 60 kVA triphasé. Malgré un prix de production encore élevé les réalisations se multiplient depuis un ou deux ans : moteurs électriques avec 80 % de pertes en moins, têtes de magnétophones, bobines d'inductance... La France dispose au niveau de la recherche d'atouts importants grâce à des équipes de valeur. Dès 1965 l'hypertrempe était étudiée par des pionniers à l'université de Paris-Sud-Orsay. Il s'agit de passer au stade industriel. Alors, dans la course à l'innovation, la palme revient-elle en définitive aux métaux grâce aux amorphes ? Sans doute, mais les plastiques se préparent à des résultats non moins surprenants, en annexant la propriété qui caractérisait le mieux l'état métallique, la conductibilité électrique. Prédits dès 1964 par Little, synthétisés par des équipes américaines en 1972, les matériaux organiques conducteurs pourraient représenter en 1990 un marché de 300 000 t ! Est-ce trop optimiste ? L'université John Hopkins affirme que dès 1984 un commutateur optique à semi-conducteur organique sera réalisé. L'équipe de Denis Jérôme, à Orsay, en liaison avec des chimistes danois a mis en évidence en 1980 un phénomène de supraconducteurs organiques pouvant fonctionner à des températures beaucoup moins basses que les métaux. Au Japon, NTT a fabriqué des cellules photovoltaïques en polyacétylène et silicium dont le rendement est déjà de 2,5 %. Ainsi, en dix ans, le domaine des matériaux vient d'accentuer fortement sa mutation et de nouvelles innovations s'annoncent, imminentes, qui réduisent encore les frontières entre les classes de matériaux. Et s'il fallait trouver le symbole de toute cette évolution rapide, nous choisirions les alliages à mémoires, cette famille d'alliages qui sont capables de recouvrer par réchauffage leur forme initiale après avoir subi une déformation plastique. Curiosité scientifique au début de la dernière décennie, les alliages à mémoires servent à présent à maintenir les dents des adolescents américains ou des fractures osseuses, à joindre des tubes d'oléoducs sous-marins, à déclencher des vannes. Mais surtout ils illustrent bien ce fait : l'homme met de plus en
un phénomène de supraconducteurs organiques pouvant fonctionner à des températures beaucoup moins basses que les métaux. Au Japon, NTT a fabriqué des cellules photovoltaïques en polyacétylène et silicium dont le rendement est déjà de 2,5 %. Ainsi, en dix ans, le domaine des matériaux vient d'accentuer fortement sa mutation et de nouvelles innovations s'annoncent, imminentes, qui réduisent encore les frontières entre les classes de matériaux. Et s'il fallait trouver le symbole de toute cette évolution rapide, nous choisirions les alliages à mémoires, cette famille d'alliages qui sont capables de recouvrer par réchauffage leur forme initiale après avoir subi une déformation plastique. Curiosité scientifique au début de la dernière décennie, les alliages à mémoires servent à présent à maintenir les dents des adolescents américains ou des fractures osseuses, à joindre des tubes d'oléoducs sous-marins, à déclencher des vannes. Mais surtout ils illustrent bien ce fait : l'homme met de plus en plus d'intelligence dans la matière. LES LOIS DE LA DIFFUSION Dans cet « hyperchoix » de matériaux, à quelles lois obéissent les substitutions qui s'opèrent ? La diffusion d'un nouveau matériau dans les divers secteurs industriels n'est jamais immédiate. Elle obéit en général à un double critère de prudence : économique et technique. C'est pour cela qu'un nouveau matériau s'introduit d'abord dans les secteurs riches (ceci d'autant plus qu'il est coûteux) et dans des applications peu sollicitées mécaniquement et en tout cas non vitales pour la sécurité. Le cas des composites à base de résine renforcée de fibres de carbone ou d'aramide est à cet égard exemplaire. Nées industriellement au Japon, les fibres de carbone se sont d'abord développées dans les articles de sport qui constituent encore 80 % de leur marché dans ce pays, et surtout dans les cannes de golf. Les golfeurs ne regardent pas aux prix et le snobisme aidant... De plus, la canne de golf n'est pas une pièce vitale ! En Europe, et aux Etats-Unis, les fibres de carbone et d'aramide se sont introduites en premier lieu dans un secteur riche s'il en est : l'aviation militaire, mais pour des composants non vitaux : plancher,
économique et technique. C'est pour cela qu'un nouveau matériau s'introduit d'abord dans les secteurs riches (ceci d'autant plus qu'il est coûteux) et dans des applications peu sollicitées mécaniquement et en tout cas non vitales pour la sécurité. Le cas des composites à base de résine renforcée de fibres de carbone ou d'aramide est à cet égard exemplaire. Nées industriellement au Japon, les fibres de carbone se sont d'abord développées dans les articles de sport qui constituent encore 80 % de leur marché dans ce pays, et surtout dans les cannes de golf. Les golfeurs ne regardent pas aux prix et le snobisme aidant... De plus, la canne de golf n'est pas une pièce vitale ! En Europe, et aux Etats-Unis, les fibres de carbone et d'aramide se sont introduites en premier lieu dans un secteur riche s'il en est : l'aviation militaire, mais pour des composants non vitaux : plancher, carénages, portes-trappes, volets de porteurs, etc. Le sport ici aussi a suivi puisqu'il y a cinq ans déjà des sociétés françaises fabriquaient par milliers cannes à pêche et skis armés de carbone. Cette importance prise par le marché du sport n'étonne que ceux qui assimilent à tort technique avancée et industrie « noble » au lieu de considérer les critères que nous venons de citer, de solvabilité et de prudence. Rolls Royce qui n'a pas agi selon ces règles a payé d'un désastre industriel son audace : la fragilité des ailes de réacteurs en résine-carbone l'a brisé. Il est caractéristique que la progression des composites a été plus rapide dans les engins non habités que sur les avions à pilote humain : entre 1960 et 1980 la proportion des composites est passée de 20 à 80 % en aérobalistique. Les chasseurs américains ont été plus prudents par nécessité, allant de 1 % pour le F 14, à 5 % pour le YF-17, 9,5 % pour le F 18, 23 % pour le AV-8 B et bientôt 42 % dans le VTX. Aujourd'hui l'aviation civile ose confier des pièces aussi essentielles que les ailes aux composites : ainsi l'Aérospatiale et Dassault
industrie « noble » au lieu de considérer les critères que nous venons de citer, de solvabilité et de prudence. Rolls Royce qui n'a pas agi selon ces règles a payé d'un désastre industriel son audace : la fragilité des ailes de réacteurs en résine-carbone l'a brisé. Il est caractéristique que la progression des composites a été plus rapide dans les engins non habités que sur les avions à pilote humain : entre 1960 et 1980 la proportion des composites est passée de 20 à 80 % en aérobalistique. Les chasseurs américains ont été plus prudents par nécessité, allant de 1 % pour le F 14, à 5 % pour le YF-17, 9,5 % pour le F 18, 23 % pour le AV-8 B et bientôt 42 % dans le VTX. Aujourd'hui l'aviation civile ose confier des pièces aussi essentielles que les ailes aux composites : ainsi l'Aérospatiale et Dassault étudient-ils une voilure entièrement en composite pour le Falcon 10. La même constatation peut être faite avec l'automobile et avec des composites moins avancés : les polyesters renforcés de fibres de verre. Ils ont fait leur entrée dans ce secteur avec les pare-chocs (la R 5) pièce simple et non travaillante (sauf accident !). On étudie aujourd'hui des pièces plus vitales : ressort à lame, suspension arrière (Volkswagen). Et l'on pense sérieusement à des pièces en mouvement dans le moteur. Ainsi les secteurs riches « tirent » les autres en suscitant la mise en place de nouvelles capacités de production, ce qui provoque une baisse des prix et en finançant l'acquisition de connaissances technologiques qui diffusent ensuite : le prix des fibres de carbone a été divisé par six entre 1970 et 1980. Si les capacités de production qui vont se mettre en place en France (200 t/an) sont destinées avant tout à l'aérobalistique, d'autres secteurs pourraient en profiter. Sports bien sûr, raquettes de tennis, voiliers de course, canne à pêche, etc. Mais aussi la mécanique avec des composants de machine. Et le savoir-faire accumulé depuis quinze ans réduit les coûts de mise en œuvre, ce qui est plus important
travaillante (sauf accident !). On étudie aujourd'hui des pièces plus vitales : ressort à lame, suspension arrière (Volkswagen). Et l'on pense sérieusement à des pièces en mouvement dans le moteur. Ainsi les secteurs riches « tirent » les autres en suscitant la mise en place de nouvelles capacités de production, ce qui provoque une baisse des prix et en finançant l'acquisition de connaissances technologiques qui diffusent ensuite : le prix des fibres de carbone a été divisé par six entre 1970 et 1980. Si les capacités de production qui vont se mettre en place en France (200 t/an) sont destinées avant tout à l'aérobalistique, d'autres secteurs pourraient en profiter. Sports bien sûr, raquettes de tennis, voiliers de course, canne à pêche, etc. Mais aussi la mécanique avec des composants de machine. Et le savoir-faire accumulé depuis quinze ans réduit les coûts de mise en œuvre, ce qui est plus important que les perfectionnements qu'ont pu connaître depuis dix ans les fibres elles-mêmes : partout se vérifie le schéma de diffusion du progrès technique par progression d'un secteur à l'autre. Les résines polyamides ont suivi un itinéraire analogue : d'abord l'aéronautique (labyrinthe du CFM 56...), puis engrenages de réducteur de vitesse (commercial) et bientôt peut-être anneaux de synchronisation pour boîte à vitesses de poids lourds (RVI) : 7 anneaux en polyamide (Rhône-Poulenc) renforcé de verre pèsent 1,75 kg contre 8,30 kg en bronze. On peut remarquer que des éléments irrationnels participent à ces phénomènes de diffusion. Le public admet aujourd'hui les plastiques dans certaines parties des automobiles, s'inquiète de leur présence dans d'autres. Ainsi des fabricants peignent-ils en noir mat des éléments de pare-chocs métalliques pour imiter le synthétique. Mais d'autres pièces, le capot de la BX par exemple, réalisées en plastique sont soigneusement peintes pour simuler de la tôle peinte et brillante. Et c'est ce camouflage par la peinture qui rend encore économiquement peu attrayante la solution plastique qui s'imposerait très vite si l'on acceptait de voir des capots d'aspect mat. Cela montre finalement que le choix d'un matériau résulte aujourd'hui plus que jamais d'un exercice d'analyse de la valeur.
(commercial) et bientôt peut-être anneaux de synchronisation pour boîte à vitesses de poids lourds (RVI) : 7 anneaux en polyamide (Rhône-Poulenc) renforcé de verre pèsent 1,75 kg contre 8,30 kg en bronze. On peut remarquer que des éléments irrationnels participent à ces phénomènes de diffusion. Le public admet aujourd'hui les plastiques dans certaines parties des automobiles, s'inquiète de leur présence dans d'autres. Ainsi des fabricants peignent-ils en noir mat des éléments de pare-chocs métalliques pour imiter le synthétique. Mais d'autres pièces, le capot de la BX par exemple, réalisées en plastique sont soigneusement peintes pour simuler de la tôle peinte et brillante. Et c'est ce camouflage par la peinture qui rend encore économiquement peu attrayante la solution plastique qui s'imposerait très vite si l'on acceptait de voir des capots d'aspect mat. Cela montre finalement que le choix d'un matériau résulte aujourd'hui plus que jamais d'un exercice d'analyse de la valeur. Et que cet exercice inclut parmi les valeurs prises en compte de nombreux éléments socio-culturels. Car le matériau n'est que le rapport d'un service. Statistiques permanentes PRODUCTION DES PRINCIPAUX PRODUITS ENERGETIQUES, MINERAUX ET METALLURGIQUES 1983 1984 Unités 1929 1938 1952 1982 Avril Mai Juin Avril Mai Juin Charbon 10't 54 976 47 562 57 357 19 960 19 633 1 729 1 633 1 717 1 658 1 561 1 528 Pétrole brut Production 101 t 75 72 350 1646 1660 133 134 132 167 174 169 Traitement en raffinerie 10't 6 867 21 493 83 420 76 007 5 461 6 506 6 424 6 120 Gaz naturel épuré commercialisable 10, m' — — 257 6 586 6 650 509 569 458 549 567 317 Electricité Thermique (1) 10. kWh 7 600 e 8 734 16 788 90 190 73 640 6 727 4 550 4 086 5 051 5 071 2 641 Nucléaire 10' kWh — — — 103 075 136 919 10 004 9 068 8 742 14 593 13 524 12 386 Hydraulique (1) 10'kWh 6 200e 9 837 21 711 67 920 66 605 6 264 7 820 7 085 5 097 5 767 6
976 47 562 57 357 19 960 19 633 1 729 1 633 1 717 1 658 1 561 1 528 Pétrole brut Production 101 t 75 72 350 1646 1660 133 134 132 167 174 169 Traitement en raffinerie 10't 6 867 21 493 83 420 76 007 5 461 6 506 6 424 6 120 Gaz naturel épuré commercialisable 10, m' — — 257 6 586 6 650 509 569 458 549 567 317 Electricité Thermique (1) 10. kWh 7 600 e 8 734 16 788 90 190 73 640 6 727 4 550 4 086 5 051 5 071 2 641 Nucléaire 10' kWh — — — 103 075 136 919 10 004 9 068 8 742 14 593 13 524 12 386 Hydraulique (1) 10'kWh 6 200e 9 837 21 711 67 920 66 605 6 264 7 820 7 085 5 097 5 767 6 959 Total 108 kWh 13 800 18 571 38 499 261 185 277 164 22 995 21 438 19 913 24 741 24 362 21 986 Minerai de fer 101 t 50 728 33 176 40 802 19 411 15 970 1374 1 465 1473 1 265 1 364 Fonte brute 10' t 10 300 6 012 9 769 15 047 13 820 1093 1 226 1232 1 217 1 338 1296 Acier brut 10't 9 711 6 221 10 867 18 402 17 650 1440 1 570 1 599 1 530 1 704 1 642 Bauxite 101 t 666 684 1 119 1662 1 715 166 151 156 146 132 Aluminium 1" fusion 10' t 29 42 106 390,5 360 29,5 30,4 29,7 29 5 30,6 Potasse (en K20) 101 t 492 636 1 055 1 824 1650 127 141 131 159' 165 Soufre 10't — — 18 1 632 1 660 126 144 112 136 141 71 Ciment, liants et chaux hydraulique 10't 8 161 5 236 9 927 26 141 24 500 2 229 2 244 2 295 2 086 2 066 1. Statistique partielle ne comprenant pas la production des petites centrales ; cette statistique partielle
brute 10' t 10 300 6 012 9 769 15 047 13 820 1093 1 226 1232 1 217 1 338 1296 Acier brut 10't 9 711 6 221 10 867 18 402 17 650 1440 1 570 1 599 1 530 1 704 1 642 Bauxite 101 t 666 684 1 119 1662 1 715 166 151 156 146 132 Aluminium 1" fusion 10' t 29 42 106 390,5 360 29,5 30,4 29,7 29 5 30,6 Potasse (en K20) 101 t 492 636 1 055 1 824 1650 127 141 131 159' 165 Soufre 10't — — 18 1 632 1 660 126 144 112 136 141 71 Ciment, liants et chaux hydraulique 10't 8 161 5 236 9 927 26 141 24 500 2 229 2 244 2 295 2 086 2 066 1. Statistique partielle ne comprenant pas la production des petites centrales ; cette statistique partielle correspond actuellement à environ 94 % de la production totale des centrales thermiques et à 98 % de la production totale des centrales hydrauliques. Pour 1929 et 1938 l'écart entre la statistique partielle et la statistique totale était beaucoup plus important, puisque les chiffres totaux sont 15 495 (dont thermique 9 000 et hydraulique 6 495) pour 1929 et 20 696 (dont thermique 10 400 et hydraulique 10 296) pour 1938. DONNÉES ÉCONOMIQUES DIVERSES 1983 1984 Base Mai Mars Avril Mai Indice des prix de gros des produits métallurgiques 1962 423,9 479,8 485,8 485,2 Indice des prix à la consommation France entière 1980 137,4 146,4 147,3 148,1 Indice du coût de la main-d'œuvre des industries mécaniques et électorales 1973 472,4 508,2 512,8 514,6 Indice de la production industrielle par jour normalement ouvrable Ensemble avec bâtiment 1970 119 121 119 Ensemble sans bâtiment 1970 134 143 136 Pour la définition exacte de ces indices et pour leurs valeurs en d'autres mois, le lecteur est prié de se reporter au bulletin de statistiques mensuelles de l'INSEE.
9 000 et hydraulique 6 495) pour 1929 et 20 696 (dont thermique 10 400 et hydraulique 10 296) pour 1938. DONNÉES ÉCONOMIQUES DIVERSES 1983 1984 Base Mai Mars Avril Mai Indice des prix de gros des produits métallurgiques 1962 423,9 479,8 485,8 485,2 Indice des prix à la consommation France entière 1980 137,4 146,4 147,3 148,1 Indice du coût de la main-d'œuvre des industries mécaniques et électorales 1973 472,4 508,2 512,8 514,6 Indice de la production industrielle par jour normalement ouvrable Ensemble avec bâtiment 1970 119 121 119 Ensemble sans bâtiment 1970 134 143 136 Pour la définition exacte de ces indices et pour leurs valeurs en d'autres mois, le lecteur est prié de se reporter au bulletin de statistiques mensuelles de l'INSEE.