Le basalte est une roche ignée volcanique présente dans le monde entier et utilisée depuis longtemps pour la fabrication de pièces architecturales telles que des tuiles et des dalles, ainsi que comme granulat pour le béton. Ce type de roche est robuste, résistant à l'abrasion et à la chaleur. Il a fait l'objet de nombreuses études et a été utilisé de diverses manières dans les domaines industriel et militaire, notamment pour des applications en temps de guerre, comme l'a démontré l'après-Seconde Guerre mondiale.
Le premier brevet pour la fabrication de fibres de basalte a été déposé en 1923 par le Français Paul Dhé et est utilisé depuis lors à des fins industrielles. Ce matériau résistant peut être transformé en fibres fines, filées pour renforcer sa solidité et le préparer à des applications ultérieures.
Produits tissés à partir de fil de fibre de basalte, tels que manchons en basalte, bande d'échappement, corde de basalte, ainsi joints de canal de fenêtre en basalteCes matériaux sont très résistants, flexibles, résistants à la chaleur et recyclables, ce qui en fait des composants polyvalents pour les applications à haute température, souvent préférés à des matériaux similaires comme la fibre de verre. L'isolation des systèmes d'échappement est couramment utilisée pour l'isolation thermique des véhicules et des motos afin de réduire la chaleur excessive, ainsi que pour le confinement thermique des portes de fours chauds.
L'histoire de la fibre de basalte
Les fibres de basalte ont une histoire riche en détails en raison de leurs applications militaires et industrielles, qui sont devenues particulièrement pertinentes pendant la guerre froide lorsque les responsables des États-Unis et de l'Union soviétique ont commencé à étudier les différentes utilisations du basalte pour le matériel militaire.
D'importantes formations basaltiques étaient concentrées dans le nord-ouest des États-Unis, où l'Université d'État de Washington a mené des recherches pour mieux comprendre les propriétés chimiques et le procédé d'extraction des fibres de basalte, ainsi que les moyens d'étendre leurs applications. Des entreprises verrières américaines comme Corning et Owens se sont également impliquées dans des recherches indépendantes et le dépôt de brevets sur les fibres de basalte jusqu'aux années 1970, date à laquelle ces recherches ont été abandonnées au profit d'autres produits verriers tels que le verre S-2 ou le verre E.
En Europe de l'Est, des groupes à Moscou, Prague et dans d'autres villes soviétiques ont mené leurs propres recherches après la Seconde Guerre mondiale, qui ont été nationalisées par le ministère de la Défense de l'URSS et concentrées à Kyiv, en Ukraine, où la recherche sur le basalte et les produits militaires étaient conçus, testés et fabriqués.
Après la chute de l'Union soviétique en 1911, les recherches furent déclassifiées et mises à la disposition du public. Les recherches sur les fibres de basalte, par exemple, ont joué un rôle essentiel dans le développement de la technologie des rubans de basalte.
Comment est fabriquée la fibre de basalte ?
La fibre de basalte ressemble à la fibre de verre et partage des procédés de production similaires, mais avec des différences clés qui rendent finalement la création de la fibre de basalte plus facile que celle du verre.
Tout d'abord, la roche basaltique brute est concassée, lavée, triée, puis introduite dans des bains de fusion au sein de fours à gaz à haute température. Contrairement à la production de fibres de verre, qui utilise plusieurs dérivés en plus du sable de silice comme ingrédient principal, la fibre de basalte est fabriquée à partir d'un seul bloc de basalte. Ce procédé simplifie l'acheminement des matériaux vers le four en une seule fois, contrairement à la production de fibres de verre qui nécessiterait un dosage individuel de chaque composant avant son introduction dans le four. Cependant, un inconvénient de la production de fibres de basalte réside dans le contrôle moins direct qu'ont les fabricants sur la pureté et l'homogénéité du basalte brut ; il est donc essentiel de s'approvisionner auprès d'une carrière de qualité.
Le basalte concassé est ensuite introduit dans le four et liquéfié à une température de 1500 2732 °C. Contrairement au verre, qui est transparent, le basalte opaque absorbe l’énergie infrarouge au lieu de la transmettre. Par conséquent, les brûleurs à gaz utilisés dans les fours verriers classiques peinent à chauffer uniformément l’ensemble du mélange de basalte. Avec ce type de brûleur, le basalte en fusion doit être maintenu dans le réservoir plus longtemps que pour le verre afin de garantir une température homogène.
Ensuite, des filaments de basalte sont formés à l'aide de bagues en platine-rhodium, comme pour le verre. Une fois les filaments refroidis, un agent d'encollage est appliqué, puis le matériau est acheminé vers un équipement d'étirage de fibres à vitesse contrôlée, puis vers un équipement d'enroulement, où la fibre de basalte est enroulée sur une bobine pour une utilisation ultérieure.
Le filament de basalte étant plus abrasif que le filament de verre, les bagues de guidage doivent être remplacées plus fréquemment et sont coûteuses. Cependant, les bagues modernes utilisées pour la production de fibres de basalte ont une durée de vie similaire à celles utilisées dans la production de verre.
Une fois produite, la fibre est incorporée au produit final, comme par exemple dans les manchons d'échappement en fibre de basalte. Bien que ce soit l'application la plus courante de ce matériau transformé, on le retrouve également fréquemment dans… foyer et maison l'industrie, où cordes or joints de glissière de fenêtre sont utilisés.
Bien que la production de fibres de basalte puisse être plus longue et plus coûteuse que la production de verre dans les dernières étapes, les fibres utilisées pour les bandes et les manchons d'échappement en basalte sont supérieures en termes de durabilité, de résistance et de longévité dans les composites et les applications nécessitant une protection contre les températures extrêmes.
Quels sont les avantages de la fibre de basalte ?
Les fibres de basalte présentent plusieurs avantages fondamentaux qui rendent ce matériau si utile dans l'industrie.
- Résistance thermique
- Résistance à la corrosion et au feu
- Faible absorption d'eau
- Prévention de la conduction électrique
- Résistance UV
- résistance aux rayonnements électromagnétiques
- résistance à l'acidité
Une étude récente comparant les fibres de verre époxy aux fibres de basalte fabriquées selon le même procédé a révélé que les fibres de basalte présentent également :
- Module de traction plus élevé
- Résistance à la traction plus élevée
- résistance au cisaillement interlaminaire plus élevée
- Résistance spécifique 40 % supérieure
- rigidité spécifique supérieure de 20 %
La résistance aux chocs de la fibre de basalte la distingue nettement du verre et du carbone. Par exemple, on a observé que le fil de fibre de basalte possède une capacité d'absorption d'énergie spécifique supérieure d'environ 35 % à celle d'un matériau hybride en verre de structure similaire et de 17 % à celle d'un matériau hybride en carbone tissé comparable.
Le basalte présente également des avantages en matière de sécurité des travailleurs et de qualité de l'air, car son procédé de fabrication, la fibre de basalte étant un sous-produit volcanique, est plus respectueux de l'environnement que celui de la fibre de verre. Cela permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre liées à la production de cette fibre. De plus, le basalte est un matériau inerte et incombustible présent naturellement sur Terre, ce qui le rend plus facilement recyclable que d'autres fibres de renforcement – un facteur important pour l'industrie automobile et d'autres secteurs.
Choisir entre le basalte et le verre
Malheureusement, malgré les progrès technologiques, les produits en fibre de basalte restent plus chers que leurs concurrents à base de verre, comme le verre E. Cependant, les gains de performance, notamment grâce aux gaines en basalte, justifient cet investissement plus important pour l'amélioration des performances de votre produit.
Les avantages de la fibre de basalte par rapport à la fibre de verre E incluent une meilleure résistance, une plus grande rigidité, une résistance accrue aux chocs, à la corrosion, à l'eau et à la chaleur. Ces qualités font des gaines, des bandes d'échappement, des cordes et autres matériaux en fibre de basalte le choix privilégié pour la protection thermique.
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Références
