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Transformer de la ferraille « sale » en super-métal : l'incroyable trouvaille de l'IA
Des chercheurs utilisent les impuretés du métal recyclé pour améliorer ses propriétés. Sur 17 variantes de fonte proposées par leur méthode d’apprentissage automatique, puis fabriquées et testées, 14 offrent un meilleur compromis entre résistance et capacité à se déformer avant de casser.
Pour obtenir un bon alliage recyclé, les industriels diluent souvent les impuretés de la ferraille avec du métal neuf. Une équipe réunissant plusieurs universités chinoises et l’Institut Max-Planck pour les matériaux durables a choisi de tirer parti de ces éléments indésirables. Ses travaux, publiés dans Science Advances, utilisent l’IA pour trouver les compositions et les traitements qui leur donneront un rôle utile.
Ajouter du métal primaire aide à retrouver les propriétés recherchées, mais sa production consomme de l’énergie et émet du CO2. Une partie de l’intérêt environnemental du recyclage se perd donc dans l’opération. Avec leurs « dirty alloys », ou alliages « sales », les chercheurs veulent conserver davantage de ferraille dans le mélange et utiliser certains éléments qu’elle contient pour renforcer le matériau.
Mais comment trouver les bonnes proportions ? Avec l’IA, pardi ! Pour faire ses calculs, l’IA s’appuie sur deux bases de données : une première de 330 entrées détaillées et une seconde d’environ 2 400 entrées associant compositions et propriétés mécaniques. Un algorithme explore différentes compositions et fait aussi varier les paramètres de fabrication, notamment les températures du métal et les durées des opérations de fonderie. Des réseaux de neurones prédisent ensuite la résistance à la traction et l’allongement à la rupture, qui mesure la capacité du matériau à s’étirer avant de casser. La recherche vise un équilibre entre les deux propriétés.
Un second modèle, entraîné sur davantage de données, affine la sélection. Les candidats retenus sont alors fabriqués et soumis à des essais mécaniques. Les mesures rejoignent ensuite la base de données pour améliorer les prédictions au tour suivant. Le laboratoire fournit ainsi de nouveaux résultats à l’IA qui s’en sert pour proposer les prochaines compositions.
L’équipe a commencé par une fonte à graphite sphéroïdal, aussi appelée fonte ductile, déjà connue pour sa tolérance aux impuretés. Parmi les 17 variantes testées, 14 améliorent les compromis entre résistance et déformabilité par rapport aux fontes recyclées de référence recensées dans les données.
À allongement comparable, la résistance à la traction progresse jusqu’à 15,2%. À résistance comparable, l’allongement avant rupture augmente jusqu’à 73,2%. Ces maxima correspondent donc à des compromis différents selon les alliages. Les auteurs annoncent également un coût de fabrication inférieur de 8,1% à celui du procédé conventionnel mêlant ferraille et fer primaire.
Ces résultats concernent pour l’instant une seule famille de fonte. Les chercheurs envisagent d’étendre leur méthode aux aciers recyclés ainsi qu’aux alliages d’aluminium et de cuivre.
Pour une fonderie, la perspective serait de fabriquer des pièces de qualité avec les lots de ferraille disponibles en ajoutant moins de métal neuf pour les corriger. Ou comment faire des économies en obtenant un bien meilleur alliage.
Source : Institut Max-Planck pour les matériaux durables via Heise