Banc Design Urbino en fonte et bois exotique - Crédit photo JM Wilmotte GHM
Le Design industriel contemporain peut être défini comme « un processus créatif et inventif réalisant la synthèse de divers facteurs tels que l’ingénierie, la technologie, les matériaux et l’esthétique dans des solutions produites par la machine, processus qui met en balance tous les besoins et désirs du consommateur en tenant compte des contraintes techniques, sociales et environnementales ». Les origines du Design remontent à la révolution industrielle au milieu du XVIIIème siècle mais c’est seulement au début du XXème siècle que le design industriel est devenu une discipline à part entière lorsque la théorie du design a été intégrée aux méthodes industrielles de production.
La fonderie contribue au design de l’objet
La fonderie est définie comme une activité de mise en forme par la fusion et la solidification de métaux et alliages, comprend la fonderie des métaux ferreux (fontes et aciers) et non ferreux (alliages d’aluminium, de magnésium, de titane, de cuivre, de zinc …). Cet article montre que les procédés de fonderie contribuent au design de l’objet et qu’inversement le design apporte une valeur ajoutée aux pièces moulées métalliques. Comme nous l’avons déjà évoqué sur MetalBlog dans l’article Le design fond pour le métal, les procédés de fonderie apportent en effet, à plus d’un titre, une forte valeur ajoutée au design du produit tout d’abord en termes de liberté de forme et d’esthétique, critères importants pour le designer industriel.
Réalisation de forme complexes adaptées au Design
Les techniques concurrentes de la fonderie (laminage, forgeage, extrusion…) peuvent s’imposer lorsqu’on privilégie des formes simples. A contrario, lorsqu’il s’agit de formes complexes, pour des raisons esthétiques mais aussi pour des raisons fonctionnelles, la pièce moulée a toute sa place et montre souvent sa supériorité. Les alliages métalliques présentent un certain nombre de propriétés physiques, chimiques et mécaniques qui permettent de fabriquer des produits particulièrement fonctionnels et performants. La fonderie et donc le passage par un état liquide intermédiaire offrent souvent, aux alliages des propriétés isotropes. Contrairement à d’autres matériaux (bois, …), la plupart des alliages présentent cette caractéristique, ce qui facilite grandement les calculs de structure.
La technique de fonderie permet de réaliser des pièces à parois épaisses (donc massives) ou minces : elle est particulièrement adaptée par exemple pour le mobilier intérieur – pieds de table ou de siège – car elle procure à l’objet une bonne stabilité. Elle se prête à la fabrication de pièces minces d’objets nomades (ordinateurs portables, téléphones mobiles).
Etant donné la diversité et la complexité des formes obtenues en fonderie, la pièce moulée métallique présente un avantage sur le plan ergonomique qui est valorisé par exemple dans le domaine du mobilier urbain (bancs publics, assises diverses, sièges de TGV) ou dans d’autres secteurs : boîtiers d’ordinateur portable, capotages et boîtiers en magnésium pour téléphones mobiles, appareils photos, terminaux de paiement, mobilier de bureau, décapsuleur, poignée de porte, poignée de casseroles, ustensiles de cuisine, appareil médical, deux-roues, contrepoids de chariots élévateurs….
Comparaison des différents alliages
Une comparaison des matériaux et des procédés de mise en forme s’avère nécessaire afin de choisir la technique de réalisation d’un objet en connaissance de cause. Les alliages métalliques, présentent un certain nombre de propriétés physiques, chimiques et mécaniques intéressantes qui permettent de fabriquer des produits particulièrement fonctionnels et performants. Ces propriétés (conductivité thermique ou électrique, masse volumique, capacité d’amortissement, résistance à la corrosion) sont détaillées dans le tableau ci-dessus.
Boîtier de micro-ordinateur portable en alliage de magnésium
La légèreté de l’aluminium et du magnésium par exemple constitue un atout considérable, par exemple dans l’industrie électronique pour la fabrication de boîtiers d’ordinateurs ou de téléphones portables. Ce boîtier d’ordinateur en alliage de magnésium moulé sous pression se démarque de ceux des ordinateurs grand public généralement en tôle et en plastique par sa robustesse, son faible poids (densité du magnésium=1,7 g/cm3) et sa très faible épaisseur mais aussi par un prix plus élevé. Ces boîtiers ne sont généralement pas en alliage d’aluminium moulé car ils ne pourraient être aussi légers (densité de l’aluminium=2,7g/cm3) et aussi minces qu’avec du magnésium.
La fonte pour les appareils de chauffage
La bonne conductivité thermique de la fonte est utilisée dans les radiateurs, les appareils de chauffage et de cheminées (poêles, inserts, chenets etc…) et les barbecues pour lesquels le design joue souvent un rôle important. Le design permet ainsi de revisiter un objet traditionnel en lui attribuant des lignes modernes. La fonte est utilisée pour ses qualités thermiques, sa tenue à la chaleur et son bon compromis technico-économique.
La fonte pour amortir les vibrations
La fonte grise, de par ses qualités d’amortissement des vibrations, est souvent employée pour fabriquer les cadres métalliques des pianos. Le piano comporte en effet un cadre en fonte peint et vernis car il est considéré comme une pièce d’aspect. La fonte est retenue, dans ce cas, pour ses excellentes caractéristiques mécaniques, sa capacité à amortir les vibrations et à garantir la tenue des accords. La masse du cadre intervient sur la sonorité de l’instrument. Ce type de pièce fait l’objet de contrôles rigoureux (détection de microfissures susceptibles d’affecter la sonorité, planéité, …).
Résistance à la corrosion des matériaux métalliques
La résistance à la corrosion (aux intempéries, à l’oxydation, à la chaleur et aux produits chimiques) des fontes ainsi que des alliages d’aluminium, de zinc, et de cuivre est une propriété qui représente un avantage significatif dans le domaine du mobilier urbain et du bâtiment tout particulièrement à proximité de la mer. Elle peut être encore améliorée par des traitements de surface. Remarquons que les alliages d’aluminium présentent des propriétés physiques et chimiques remarquables mais des propriétés mécaniques moindres que celles des aciers.
La fonte et l’acier en mobilier urbain et pièces de structure
Les propriétés mécaniques excellentes des fontes et des aciers confèrent aux pièces de fonderie une grande solidité, gage de sécurité (auxquelles s’ajoutent dans le cas de l’acier ses propriétés parasismiques). Elles sont mises à profit dans l’architecture ou dans le mobilier urbain ; par exemple l’acier moulé est utilisé dans la superstructure de la passerelle Simone-de-Beauvoir à Paris, dans les tubes, les appuis fixes et mobiles (soumis à de fortes charges) du Centre Georges Pompidou ou de la Cité des Sciences et de l’Industrie de la Villette, dans les 8000 pièces (et plus) de suspension du stade Olympique de Montréal et d’une manière plus générale pour les nœuds d’assemblage des constructions comme celle de la pyramide du Louvre ou du terminal de la gare de Waterloo. Les pièces moulées métalliques constituent rarement l’ensemble de l’ouvrage mais elles relèvent parfois de la structure porteuse de l’édifice ou de l’ouvrage d’art : c’est le cas des gerberettes du Centre Georges Pompidou ou des 111 pieux qui assurent les fondations de la Banque Centrale à Francfort-sur-le-Main en Allemagne et des pièces moulées de la passerelle Simone de Beauvoir. Le recours fréquent aux fontes ou aux aciers s’explique aussi par leur grande usinabilité qui permet une bonne finition de la pièce.
La tenue à chaud et à froid des alliages métalliques
La tenue à chaud de certains alliages est exploitée pour la réalisation d’appareils de cheminée (plaques, chenets, grilles, pare-feu, inserts), de cuisinières haut de gamme à l’ancienne ou de brûleurs à gaz. Les garde-corps en fonte, en acier, ou en aluminium, le mobilier urbain et les façades des immeubles dans les pays nordiques illustrent la propriété de tenue à froid.
Les revêtements et traitements de surface
Les fontes grises et GS, les aciers, les alliages d’aluminium, de zinc et de titane présentent une bonne aptitude aux traitements de surface. En plus de leur aspect esthétique, les traitements de surface de l’acier, ou de l’aluminium (anodisation) permettent également d’en améliorer les propriétés, particulièrement la durabilité (aciers galvanisés, pré-laqués, peints). Mis à part les aciers inoxydables, les aciers présentent, en effet une mauvaise résistance à la corrosion à laquelle on peut remédier, par des traitements de surface (peinture, brunissage, zingage, galvanisation à chaud, étamage, aluminiage ou aluminisation, chromisation). La cémentation et la nitruration des aciers renforcent leur dureté superficielle.
Le zingage mérite un développement particulier. Il est assez couramment employé afin d’améliorer la résistance à la corrosion de pièces en fonte ou acier. Ce revêtement qui accroît la durabilité de ces dernières leur donne un bel aspect de couleur gris mat métallique. Parfois certains lacis sont apparents car ils dessinent les contours des grains du métal sous-jacent. Mais le plus souvent, le fabricant a recours à une peinture qui est déposée après zingage. Cette double protection renforce la tenue atmosphérique des pièces et de plus tous les coloris sont envisageables. La préparation de la surface des pièces moulées impose des précautions particulières car il faut retirer oxydes, grains de sable, … De ce fait, la pièce avant zingage est décapée dans un bain acide ou subit un grenaillage intense. La résistance à la corrosion du cuivre, quant à elle, peut être encore améliorée si besoin par étamage.
Conclusions
Les nombreuses familles d’alliages disponibles en fonderie nécessitent un choix raisonné lors de la phase de conception. En effet, au-delà de leur tenue intrinsèque, il peut y avoir lieu de prendre en compte leurs interactions possibles (corrosion galvanique, assemblage), l’influence du milieu (eau/air, humidité, …). Nos Experts peuvent participer utilement à ce choix de matériaux en amenant leur valeur ajoutée sur la connaissance des matériaux et leurs mise en forme.
Je le dis ce que j’aime c’est tout ce qui est beau ! Seules les belles choses nourrissent notre esprit. Il suffit d’ouvrir les yeux !