Des milliers d'années après l'invention du processus de production de la céramique, une nouvelle solution a enfin été développée, avec un impact potentiel élevé sur le coût de production, pourcentages de rebuts et durabilité globale de l'industrie.
La céramique a été l'un des premiers matériaux que nos ancêtres ont maîtrisés et transformés en carreaux de céramique, poteries et briques d'argile. Avec tout ce savoir-faire accumulé - les premières figurines humaines et animales en argile sont apparues vers 24000 av.
La vérité est, on est loin de là. Au lieu de s'améliorer avec le temps et l'expérience, la façon dont les céramiques sont produites n'a pas beaucoup changé. Ils sont encore obtenus par un procédé appelé formage - où les poudres inorganiques, avec ou sans eau, sont façonnés dans le produit souhaité - suivi d'une cuisson à haute température, généralement au-dessus de 1 000 °C.
"Les deux étapes sont cruciales pour les propriétés mécaniques et la qualité du produit final, mais encore aujourd'hui, le traitement et la conception de la céramique sont essentiellement basés sur des essais et des erreurs, " dit le professeur Andrea Piccolroaz, coordinateur du projet CERMAT2 (Nouvelles technologies céramiques et nouveaux dispositifs et structures céramiques multifonctionnels). « La conséquence de cette approche est un taux de rebut extrêmement élevé, ce qui a un impact non seulement sur le coût de fabrication mais aussi sur la pérennité de l'industrie céramique. Il n'est pas surprenant que l'industrie de la céramique soit l'une des plus gourmandes en énergie, et il est responsable d'une grande partie des émissions de gaz à effet de serre et de polluants."
CERMAT2 vise rien de moins qu'une révolution, celui qui verrait l'industrie de la céramique s'éloigner de ses méthodes traditionnelles pour adopter une approche plus rationnelle et scientifique. Cette approche, basé sur une modélisation mécanique non linéaire avancée, impliquerait une modélisation constitutive mathématique des matériaux céramiques, analyse expérimentale, caractérisation, et la simulation numérique avec la méthode des éléments finis. Le but? Optimiser la conception grâce à l'utilisation du prototypage virtuel - dans lequel la conception est validée in silico à l'aide d'un logiciel d'ingénierie assistée par ordinateur sans utiliser de prototype physique.
"Nous avons développé avec succès cette méthode, et nous avons maintenant livré les routines numériques et les logiciels pour la conception optimale des matériaux céramiques à nos partenaires industriels, » s'enthousiasme le Pr Piccolroaz. « Il ne s'agit pas seulement d'une avancée dans notre connaissance des matériaux céramiques, mais aussi un pas en avant dans la conception mécanique de la céramique."
Aux industries désireuses de changer leurs habitudes, Le Pr Piccolroaz promet une réduction significative des coûts de fabrication grâce à l'utilisation du prototypage virtuel. Par ailleurs, les outils logiciels développés dans le cadre du projet permettront de prédire les propriétés mécaniques des pièces finales, qui devrait avoir un impact majeur sur la minimisation des défauts et donc la réduction des rebuts.
CERMAT2 a été achevé en octobre 2017, mais les travaux se poursuivent depuis lors. L'un des objectifs du projet consistait à former une nouvelle génération de jeunes chercheurs en mécanique des solides non linéaire avancée et en implémentation numérique, avec des applications dans la production de céramique. Certains de ces chercheurs ont déjà créé une start-up à succès dans le but d'étendre et de diffuser les méthodes CERMAT2 dans l'industrie céramique. "Nous allons poursuivre la collaboration avec eux pour faire de notre nouvelle technologie le nouveau standard de la production de céramique, " conclut le Pr Piccolroaz.
