Un des avantages à travailler dans l’industrie, c’est qu’on côtoie tous les jours des matériaux aux propriétés exceptionnelles. Comme c’est notre cœur de métier, nous avons décidé aujourd’hui de vous faire découvrir le monde passionnant des matériaux résistant aux hautes températures. Résistance à la chaleur, propriétés intrinsèques, types et applications industrielles, découvrez ce qui caractérise un matériau haute température.
Définition et caractéristiques d’un matériau haute température
Matériau haute température : la définition
Un matériau est dit « haute température » ou « résistant aux hautes températures » ou encore « résistant à la chaleur » quand il conserve ses propriétés physiques et chimiques à des températures extrêmement élevées pendant une certaine durée.
Certains matériaux peuvent dépasser les 2000 °C, voire 3000 °C sous certaines conditions.
À partir de quelle température parle-t-on de « haute température » ?
C’est là que ça commence à devenir un peu « tricky » (un peu compliqué, pour les non anglophones) : il n’y a pas de définition exacte d’une température limite à partir de laquelle on passerait de « très chaud » à « extrêmement chaud».
D’après la littérature, cela dépendrait principalement du type de matériau haute température auquel on fait référence.
Par exemple, pour les plastiques, on peut parler de « haute température » entre 80 et 120 °C.
Alors que pour les matériaux dits réfractaires (composites, métaux…), on commencera à 540 °C « seulement » d’après la norme américaine. Ces matériaux peuvent résister à des températures supérieures à 2000 °C sous certaines conditions.
Les textiles haute température, eux, doivent garder leur intégrité à des températures minimales comprises entre 150 °C et 200 °C. Certains textiles haute température comme le NextelⓇ peuvent atteindre les 1600°C en température de pointe.
Et le matériau qui résiste le mieux à la chaleur est…
Si on compare uniquement les températures de fusion, le champion des matériaux haute température serait le carbure d’Hafnium (HfC).
D’après une étude publiée dans le magazine Scientific Reports intitulée « Investigating the highest melting temperature materials: A laser melting study of the TaC-HfC system » la température de fusion du carbure d’Hafnium est de 3958 °C.
Les types de matériaux haute température
Il existe une multitude de matériaux qui résistent à des températures extrêmes. Les matériaux haute température, résistants au-delà des 200 °C, les plus courants se distinguent en plusieurs catégories :
- les céramiques ;
- les métaux ;
- les textiles ;
- les composites ;
- les autres matériaux réfractaires.
Le choix du matériau approprié dépend de l’application spécifique, des conditions d’exposition à la chaleur et des exigences de performance chimique et mécanique. Seul un cahier des charges bien détaillé permettra de faire le tri parmi toutes ces solutions haute température.
Les céramiques réfractaires
Les céramiques techniques sont prisées pour leur incroyable résistance à la chaleur et à l’usure. Ces matériaux sont non seulement résistants à la chaleur et aux chocs thermiques, mais offrent également une excellente isolation thermique. Elles peuvent résister à des températures allant jusqu’à 2000 °C.
Il existe de nombreuses céramiques haute température comme l’alumine, le carbure de silicium ou encore le nitrure de bore.
Elles sont utilisées dans des domaines d’application variés allant du composant de turbines au revêtement de fours industriels en passant par du composant de précision pour l’électronique ou le médical.
Leur défaut ? Leur grande fragilité en cas de choc mécanique.
Les textiles haute température
Les textiles haute température, tels que ceux en fibres aramides, en fibres de verre ou en fibre de silice, sont cruciaux pour les applications d’isolation et de protection contre le feu.
Ils sont légers, flexibles, et peuvent être tissés, tressés ou tricotés ce qui en fait un type de matériau haute température très polyvalent, qui résiste non seulement à la chaleur, mais à des contraintes physiques, mécaniques et chimiques importantes.
Ce sont des matériaux incroyables et on leur dédie tout une partie plus bas dans l’article pour vous livrer une partie de leurs secrets.
Les métaux et alliages réfractaires
Les métaux tels que le titane, le tungstène, et les superalliages à base de nickel sont intéressants pour leur capacité à conserver leurs propriétés physiques à très haute température.
Les métaux réfractaires sont fondamentaux dans l’industrie aérospatiale pour les turbines à gaz en raison de leur résistance à la corrosion et à l’oxydation à des températures dépassant 1000 °C, mais aussi dans la grande majorité des lignes de productions industrielles.
Les composites haute température
Les composites haute température combinent des fibres et des résines haute température pour créer des matériaux qui surpassent les métaux traditionnels en termes de légèreté et de résistance à la chaleur.
La fibre de verre, la fibre de carbone ou encore le mica sont des renforts couramment utilisés dans ce type d’application.
Ces matériaux sont utilisés dans les applications aérospatiales et automobiles pour réduire le poids tout en maintenant l’intégrité structurelle des pièces à des températures élevées.
Les autres matériaux réfractaires
Bétons, briques ou ciments, il existe de nombreux autres types de matériaux réfractaires à base de zircone, mullite, vermiculite ou encore carbure de silicium.
Ils sont majoritairement utilisés pour des applications d’isolation de four ou de revêtements de protection. C’est typiquement le genre de matériau que vous retrouvez dans votre poêle à bois ou à granulé, dans votre cheminée ou dans un four à pizza.
Quelques applications industrielles des matériaux haute température
Les matériaux haute température trouvent leur utilité dans une gamme étendue d’industries, pour ne pas dire toutes, chacune ayant des exigences spécifiques qui exploitent leurs propriétés uniques. En voici quelques-unes.
Aérospatiale et aéronautique
Dans l’aérospatiale et l’aéronautique, les matériaux haute température sont essentiels pour les composants de moteurs et les boucliers thermiques, mais aussi pour les tenues et éléments de protection en cas d’incendie.
Ils doivent résister à des températures extrêmement élevées générées par la combustion des carburants et l’entrée atmosphérique à grande vitesse, résister à des chocs thermiques importants et répétés ou encore garder leur intégrité physique afin de protéger les éléments (mécaniques, mais aussi humains) importants de l’appareil le temps de l’atterrissage.
Automobile et transport
L’industrie automobile, comme celle des transports, utilise ces matériaux pour les systèmes d’échappement et les turbocompresseurs qui sont exposés à de hautes températures, améliorant ainsi l’efficacité du moteur et réduisant les émissions polluantes.
Elle utilise aussi ces matériaux dans les différentes chaînes de montage qui permettent de produire les véhicules.
Énergie
Dans le secteur de l’énergie, surtout dans la production d’énergie nucléaire, ces matériaux permettent la construction de composants qui peuvent supporter les conditions de chaleur intense, garantissant ainsi l’efficacité et la sûreté des installations énergétiques.
Ces matériaux peuvent aussi servir à la fabrication d’appareillages, à dissiper la chaleur ou encore à isoler certaines parties des lignes de production d’énergie.
L’industrie lourde
Elle arrive en dernier, mais c’est peut-être une des industries les plus représentatives de l’utilisation des matériaux haute température.
Avec des lignes de production qui tournent 24 h/24 7j/7, l’industrie de la métallurgie ou du verre notamment, utilisent ces réfractaires pour isoler les fours en fusion, mais aussi les éléments critiques de leurs chaînes de production.
Ces matériaux servent aussi à protéger les opérateurs en assurant l’étanchéité aux fumées ou aux flammes des portes et éléments de ces installations titanesques.
Zoom sur les matériaux textiles haute température
Les avantages uniques des textiles haute température
Les textiles haute température offrent des avantages distinctifs par rapport aux autres matériaux résistants à la chaleur.
Leur flexibilité, compressibilité et capacité d’isolation thermique les rendent idéaux pour des applications nécessitant une adaptation à des formes complexes ou un mouvement continu, tout en protégeant contre les températures extrêmes.
Quelques applications pratiques
Les textiles haute température sont couramment utilisés pour l’isolation et le calorifugeage des tuyauteries et des équipements dans les industries lourdes pour prévenir la perte de chaleur et protéger le personnel.
Dans les secteurs comme celui de la fabrication du verre, des textiles résistants à la chaleur servent de bandes transporteuses pour des matériaux chauds. Des matériaux comme la fibre d’inox ou les bandes en aramide garantissent la sécurité et l’efficacité du transport, mais aussi l’intégrité des pièces.
Ces textiles sont également utilisés pour fabriquer des joints et des garnitures qui doivent résister à des températures élevées tout en maintenant l’intégrité des systèmes fermés.
Ces textiles ne sont pas seulement fonctionnels, mais également économiques, offrant une durabilité et une résistance qui réduisent les besoins en maintenance et remplacement fréquents.
Leur légèreté et leur capacité font des textiles HT les seuls matériaux résistants à haute température à être portés par l’homme. La fibre de méta-aramide de type NomexⓇ par exemple permet de confectionner des sous-vêtements confortables pour les pompiers ou les opérateurs dans certaines industries lourdes.
Ces propriétés en font aussi des éléments de choix dans l’aéronautique ou le domaine navals, en particulier pour contenir des flammes ou de la chaleur si un incendie se déclare dans un appareil, laissant le temps à l’équipage d’intervenir ou au pilote de se poser.
La fibre inox, quand la fibre rencontre le métal
La fibre inox est certainement l’une des matières textiles la plus fascinante et intrigante. Elle mêle les propriétés intrinsèques de l’inox comme la résistance à la chaleur et à la corrosion, la capacité à transmettre la chaleur ou encore la résistance mécanique de l’acier inoxydable, à celles des textiles.
Avec une température de fusion de 1400°C, il en résulte une solution qui résiste aux températures extrêmes tout en possédant une excellente compressibilité, souple et déformable, et surtout… incroyablement douce.
Que vient faire la douceur dans l’histoire ? C’est simple : cette particularité permet à des solutions hautes températures comme le Ferlafelt d’être utilisé comme matériau de contact dans des processus Hot End pour la fabrication du verre. En plus de résister à la chaleur du verre en fusion, il ne marque pas celui-ci, ce qui permet d’obtenir des pièces sans défaut de marquage.
Malgré notre favoritisme assumé pour les textiles HT, tous les matériaux haute température sont indispensables pour répondre aux exigences des industries modernes qui opèrent dans des environnements extrêmes. Nous vous encourageons à explorer davantage les applications et les bénéfices des matériaux haute température. Et si vous souhaitez découvrir comment nos solutions textiles haute température peuvent vous aider à optimiser vos opérations, n’hésitez pas à consulter notre catalogue de produits ou à contacter notre équipe.
