LES ALLIAGES À MÉMOIRE DE FORME (A.M.F.)
F. MASSA G.R.D. Collège Lyon
Niveau : 3ème Partie : Chimie Thème : Les métaux
Type de document : étude de documents Mots-clés : alliage à mémoire de forme Durée conseillée : 25 min
Capacités visées : - Adapter son mode de lecture à la nature du texte proposé et à l’objectif poursuivi.
- Manifester, par des moyens divers, sa compréhension de textes variés.
- Rechercher, extraire et organiser l’information utile.
- Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l’aide d’un langage adapté.
Un alliage à mémoire de forme (A.M.F.) est un alliage métallique possédant plusieurs propriétés inédites: la capacité de garder en mémoire une forme initiale et d'y retourner même après une déformation, la possibilité de changer de forme à une température bien définie, ou bien un comportement superélastique permettant des allongements sans déformation permanente.
Le phénomène qui donne son nom aux alliages à mémoire de forme n'a été observé pour la première fois que dans les années 1930 par le chercheur suédois Arne Ölander, qui avait noté la capacité de l'alliage or-cadmium de retrouver une forme connue après avoir été déformé, observation qui fut aussi faite par Chang et Read en 1932. Cet effet fut ensuite observé en 1938 sur un alliage de cuivre-zinc. Ce n'est cependant qu'en 1963, à la découverte d'un effet mémoire de forme dans un alliage de nickel-titane par Buehler et Wiley que l'intérêt pour la recherche et le potentiel commercial des A.M.F. prit réellement son envol. Depuis, ces matériaux ont trouvé des applications dans de
nombreux domaines industriels comme l'aéronautique, le biomédical, l'automobile, l'habillement… Ils y assurent de multiples fonctions.
Propriétés des alliages à mémoire de forme
Les Alliages à Mémoire de Forme (A.M.F.) regroupent un ensemble d'alliages métalliques présentant diverses propriétés :
. La superélasticité : l'alliage est capable de se déformer énormément (jusqu’à 10%) sous l’effet d’une contrainte et de reprendre ensuite sa forme de départ.
· L'effet mémoire simple sens : l'alliage est capable de retrouver par chauffage sa forme initiale après avoir été déformé.
· L'effet mémoire double sens : l'alliage est capable après " aprentissage " d'avoir deux formes différentes : l'une au dessus d'une certaine température l'autre en dessous de cette température.
Pourquoi, avec de tels atouts, ces matériaux ne sont-ils pas plus répandus ? A cause de leur coût très élevé, tout d'abord. Mais, surtout, ces alliages sont très difficiles à intégrer dans une structure : on ne peut que difficilement les souder, à cause de leurs modifications à haute température.
De plus, quand ils sont chauffés plusieurs fois, leurs propriétés se modifient d’une manière imprévisible….
F. MASSA G.R.D. Collège Lyon
Doc.1 : Alliage à mémoire de forme et médecine
C'est un domaine en pleine expansion, beaucoup d'applications ont vu le jour et beaucoup d'autres sont à venir. L’alliage Nickel-titane, appelé aussi Nitinol, est l'alliage à mémoire de forme le plus étudié et qui connaît le développement le plus important, malgré un coût encore élevé. Il possède de bonnes performances, aussi bien en effet mémoire de forme simple sens qu'en superélasticité. De plus il est bien toléré par l’organisme et a une température de changement de forme de l’ordre de 36°C, très proche de la température du corps humain, ce qui le rend très utile pour certaine chirurgie.
Ainsi, En chirurgie cardiaque, les « stents » qui servent à "réparer" les artères endommagées, peuvent être en Nitinol. A froid, repliés sur eux-mêmes, ils ont la forme d’un gros fil qu’on introduit facilement, dans l'organisme à l'endroit voulu. La chaleur corporelle les réchauffe, et ils prennent la forme d'un petit cylindre qui vient se plaquer sur la paroi artérielle et la renforcer, évitant ainsi une opération à coeur ouvert.
De même, en chirurgie osseuse, les agrafes que l’on utilise pour consolider une fracture osseuse sont aussi faites en Nitinol. Elles changent de forme, se resserrent à la température du corps humain, permettant à l’os de se ressouder plus facilement (fig.1).
Fig.1
Enfin, en orthodontie, le fil constituant l'arche utilise la superélasticité du Nitinol. Ainsi, le fil s'adapte mieux à la denture du patient et les efforts répartis sur celle-ci sont beaucoup plus homogènes.
Cela permet d’espacer les visites chez l'orthodontiste pour le contrôle de la tension du fil.
D’après les sites http://www.wikipedia.fr et http://membres.multimania.fr/planeteamf/index.html Questions :
1. a. Qui a découvert le phénomène de mémoire de forme des alliages ? b. Durant quelle décennie a-t-il découvert ce phénomène ?
c. Sur quel alliage travaillait-il quand il a fait cette découverte ? 2. Citer 2 domaines d’utilisation des alliages à mémoire de forme.
3. a. Qu’est-ce que le Nitinol ? (vous indiquerez sa composition)
b. Quelle grandeur physique permet le changement de forme du Nitinol ?
c. Quelles sont les 2 avantages du Nitinol qui en font l’alliage à mémoire de forme indispensable en chirurgie cardiaque et en chirurgie osseuse ?
d. Quelle propriété du Nitinol est utilisée en orthodontie ? 4. Citer 2 inconvénients des alliages à mémoire de forme.
5. Pour chaque situation suivante, indiquer dans le tableau quelle propriété l’alliage à mémoire de forme doit posséder (superélasticité, effet mémoire simple sens ou effet mémoire double sens) pour résoudre le problème :
Situation Propriété que doit posséder l’alliage à mémoire de forme
On souhaite concevoir des trappes d'évacuation de fumée pour des locaux (immeuble, usine) qui
s’ouvre dès que la température critique est dépassé (incendie) et qui se referme lorsque la
température revient à la normale.
On souhaite concevoir des panneaux solaires de satellites qui ne déploient qu’une fois dans l’espace en appliquant une source de chaleur.
On souhaite concevoir des lunettes qui peuvent se déformer sans se casser et qui reprennent leur
forme facilement.
F. MASSA G.R.D. Collège Lyon
Doc.2 : Alliage à mémoire de forme et sécurité
Plusieurs systèmes ont vu le jour dans ce domaine tels que :
des sprinklers d'extinction d'incendie : un ressort en A.M.F. se déclenche dès que la température critique est atteinte (65°C), permettant le passage de l'eau.
des valves de circuit de gaz : un ressort en A.M.F.
simple sens se déclenche dès que la température augmente (incendie), ce qui coupe l'arrivée de gaz et évite toute explosion (fig.1).
Fig.1
