Parce que la directive européenne RoHS (Restriction of Hazardous Substances) prévoit d’éradiquer les matériaux nocifs des équipements électriques, les laboratoires GREMAN, ICMN et CEMHTI, avec le soutien de la société Vermon de Tours, planchent sur une technique de frittage innovante pour obtenir des matériaux sans plomb et à la fabrication moins énergivore.

Les matériaux piézoélectriques, qui convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique et inversement, sont notamment répandus dans les sondes et les capteurs d’imagerie médicale, telle que les sondes échographiques. Ces matériaux sont composés d’une céramique qui contient du plomb ; matériau nocif dont la directive européenne RoHS (Restriction des substances dangereuses dans les équipements électriques et électroniques) prévoit l’éradication, afin de protéger l’environnement et la santé publique.

Pour l’heure, les industriels bénéficient d’une dérogation à l’application de cette directive de 2003 mais il devient urgent de trouver une alternative compétitive et innovante à l’utilisation du plomb. C’est dans ce contexte que la société tourangelle Vermon, spécialisée dans les transducteurs ultrasonores pour les applications médicales et le contrôle non destructif des matériaux, a souhaité soutenir le projet « Frittage en conditions extrêmes » du programme ARD MATEX (Ambition Recherche et Développement Multi MATériaux en conditions EXtrêmes).

Ce projet, lancé en 2021 pour une durée de quatre ans, est porté par le GREMAN, laboratoire multidisciplinaire en matériaux, microélectronique, acoustique et nanotechnologies, en collaboration avec l’ICMN (Interfaces Confinement Matériaux Nanostructures) et le CEMHTI (Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation), 3 laboratoires du CNRS à Tours et Orléans. Il vise le double objectif de fabriquer des céramiques avec des techniques durables et d’éradiquer le plomb qu’elles contiennent.

Le frittage flash, une technique innovante

« La céramique qui possède la propriété fonctionnelle du dispositif final, est obtenue par un traitement thermique. Cette étape de fabrication, appelée frittage, consiste à transformer une poudre en un solide dense. Dans ce projet, nous testons une technique innovante, le frittage flash assisté sous champ (Spark Plasma Sintering). Un frittage très rapide, utilisable pour tout type de matériaux, alliant les effets d’une pression uniaxiale et d’un fort courant. Ces conditions permettent de réduire considérablement la température et le temps de chauffe de la céramique et ainsi tendre vers plus de sobriété énergétique », explique Isabelle Monot-Laffez, professeure à l’Université de Tours et au laboratoire GREMAN ; elle est aussi l’une des quatre coordinatrices du programme ARD MATEX. Un frittage en conditions extrêmes et une étude qui nécessitent la mutualisation des savoir-faire des chercheurs des laboratoires impliqués dans le projet.

« Nous ne connaissons pas encore très bien la façon dont nos matériaux réagissent à ces conditions de frittage. Nous poursuivons donc nos travaux avec l’étude de tous les paramètres de l'ensemble de ce couple matériau/technique de frittage, ajoute Pascal Andreazza, professeur à l’Université d’Orléans et au laboratoire ICMN. Et si nous n’avons pas encore trouvé un matériau sans plomb qui ait les mêmes performances que ceux à base de plomb qui sont utilisés aujourd’hui, nous nous approchons de résultats probants et donc d’un début de réponse… » https://www.ard-matex.fr/proje... / https://greman.univ-tours.fr/