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La forge à l’heure de l’industrie du futur

Crédit photo : plateforme-vulcain-forge-fonderie-setforge

Afin d’accélérer sa production de composants pour boîtes de vitesses, Setforge a équipé son usine d’Hagondange (Moselle) d’une ligne frappant 100 coups par minute.

En juin, une antenne entièrement dédiée aux techniques de forgeage a ouvert à Metz. L’enjeu : aider le secteur à se renouveler grâce aux nouvelles technologies.

Vulcain ressemble déjà à une mini-usine. Ce matin de juillet, sur cette plate-forme technologique messine (Moselle), un étudiant place un « lopin » d’acier sous une presse à vis. Une frappe, une seconde d’attente, une pièce aussi rouge que brûlante en ressort. Cette opération d’apparence très simple a demandé trois ans de recherche. Car la matière mise en forme est ici semi-solide et demande un traitement particulier. Implantée sur le campus de l’école des Arts et Métiers (Ensam) de Metz, la plate-forme de 1 500 mètres ­carrés ­commune avec le Centre technique des industries ­mécaniques (Cetim) prend une nouvelle ampleur avec la création d’une unité dédiée à la forge. ­Vulcain, lieu d’expérimentation ouvert aux industriels, sera à terme le plus grand rassemblement de moyens dédiés à ce secteur en France.

Avec la venue de l’Institut de recherche technologique matériaux, métallurgie, procédés (IRT M2P) et l’intégration de nouveaux équipements, la plate-forme veut marquer sa mutation. Elle s’appellera désormais Vulcain 4.0. « Notre ambition est d’aider la forge française à se renouveler. Cette industrie a besoin de sauts technologiques pour rester ­compétitive », explique Olivier Rougnon-Glasson, le directeur général du Cetim-Cermat, le centre régional aux manettes de la nouvelle unité. Vulcain 4.0 se donne trois axes de ­travail : le développement de matériaux avancés et la ­simulation numérique de leurs propriétés mécaniques, les procédés de mise en forme, l’appropriation des ­technologies du futur telles la robotique, la simulation 3D et le traitement des données.

Réduction des coûts et économie de matière

Le niveau de technicité de la forge grimpe, comme en témoignent l’étudiant et sa frappe d’une matière semi-solide. Ce procédé innovant, appelé thixoforgeage, n’a pu être mis au point qu’en levant deux verrous technologiques, précise Pascal Lamesle, le responsable scientifique l’IRT M2P : la modélisation du comportement d’un matériau semi-solide et le développement d’un outillage complexe. Avec à la clé des gains multiples. « Forger en une seule frappe, comme le permet le thixoforgeage, requiert un seul outil, une seule presse et gaspille moins de matière, trois facteurs de réduction des coûts, explique Alexandre Pointard, responsable du service mise en forme des matériaux au Cetim. Autre avantage du procédé, il permet de réaliser des pièces complexes sans assemblage, donc de réduire les étapes de fabrication et la quantité de matière engagée, et d’obtenir des pièces plus solides que celles soudées. » Autrement dit, les forgerons peuvent satisfaire à la fois l’exigence de productivité de l’automobile et celle de qualité de l’aéronautique. Sur ce point, un autre procédé intéressant est le laminage transversal, où la pièce n’est pas frappée mais déformée par le roulement de deux cylindres, comme une pâte sous un rouleau à pâtisserie. Si l’idée remonte à 1789, les équipes de la plate-forme Vulcain sont les premières en France à en proposer une application industrielle, après cinq années de travaux sur la technique et trois consacrées au transfert technologique.

Mais comment garantir au client que les pièces fabriquées avec ces nouveaux procédés ont bien les mêmes propriétés que celles qu’il achetait avant ? « Aujourd’hui, quelle que soit votre technologie, vous ne pouvez pas la vendre sans une simulation numérique à projeter sur grand écran qui montre la robustesse et la fiabilité de votre pièce après transformation », avertit Régis Bigot, professeur à l’Ensam et responsable scientifique de Vulcain, dont il est le père spirituel. Jusqu’à présent, connaître le chemin thermo-­mécanique d’une pièce, autrement dit déterminer ses propriétés mécaniques (résilience et résistance notamment) selon les étapes de transformation subies (élaboration de la matière première, traitements thermiques et mise en forme) suffisait. Demain, il faudra modéliser numériquement ce chemin. « Grâce aux outils de simulation et à leur puissance de calcul, nous allons être capables de modéliser les évolutions de la structure interne d’une pièce de manière beaucoup plus précise et plus fine », anticipe Régis Bigot. Avec un double intérêt pour les industriels : créer des pièces à forte valeur ajoutée et conquérir ou reconquérir des parts de marchés.

L’enseignant montre en exemple la simulation numérique de la répartition de la matière lors de la fabrication d’une bielle par laminage transversal. Un schéma qui permet de voir si des déformations ont pu altérer la qualité de la matière. Puis il attire l’attention sur un bras robotisé, équipé d’un scan 3D et pivotant autour d’une pièce en acier. Sur un écran devant la protection grillagée, la reproduction en 3D de la pièce se dessine en temps réel. Les mesures sont traitées en parallèle et affichées pour vérifier la régularité de la forme et la taille des pièces. « Sur toutes ces nouvelles technologies de simulation 3D, de numérisation et de robotique, notre plate-forme veut être un démonstrateur qui montre aux PME ce qui marche et à quelle condition », fait valoir Régis ­Bigot. Pour illustrer la démonstration, direction Bouzonville, à une cinquantaine de kilomètres de Metz, chez Manoir Industries. L’ancrage de Vulcain 4.0 dans le Grand Est n’est pas anodin. La région est le premier bassin industriel de la forge, avec près d’un tiers des acteurs français du secteur. Des donneurs d’ordres majeurs sont là, tels PSA à Metz et Mulhouse et, côté Bourgogne-Franche-Comté, Alstom à ­Belfort. S’y ajoutent l’université de Lorraine, avec ses travaux sur la robotisation des procédés et la métallurgie, et le nouveau centre d’élaboration des métaux MetaFensch.

(…)

Lire la suite de l’article de Marion Garreau sur l’Usine Nouvelle