Des nanocomposites originaux pour des pistons autolubrifiants
Le déplacement du piston sans contrainte est essentiel au fonctionnement des moteurs diesel. Le piston descend pour aspirer l'air, puis remonte pour le comprimer. Lorsque le carburant est injecté, la température atteinte par la compression de l'air met le feu au mélange, qui expose en repoussant le piston vers le bas avec une force importante. Le piston remonte alors pour expulser les produits de la combustion. Le cycle répété exige un mouvement sans contrainte des pièces et donc leur lubrification pour réduire les frottements, améliorer le rendement et réduire les émissions. Le projet Napilis («Nanocomposites for piston/liner systems») visait à mettre au point de nouveaux matériaux et méthodes pour fabriquer des nanocomposites biphasiques, constitués d'une matrice parsemée de nanoparticules autolubrifiantes, afin de réduire les frottements associés au déplacement du piston. Les chercheurs ont rencontré très tôt dans le projet des difficultés avec l'optimisation du revêtement, et se sont donc intéressés à des segments revêtus plutôt qu'à la chemise, pour le reste du projet. Les nanocomposites comportant une matrice en céramiques et des métaux autolubrifiants n'avaient jusqu'ici jamais été synthétisés, car les méthodes de production de tels microcomposites sont dangereuses pour le personnel (exposé aux poudres de nanoparticules) et les autres techniques classiques ont échoué à produire des matériaux biphasiques. Les chercheurs ont donc mis au point des revêtements originaux, multiphasiques et plurifonctionnels afin de réduire la consommation de carburant, les frottements et l'usure. Ils ont ensuite conçu une nouvelle méthode de traitement pour synthétiser des matériaux biphasiques, à l'échelle nanométrique. Les tests sur moteurs ont montré de meilleures performances, une réduction des frottements et une plus grande résistance à l'abrasion. L'équipe a augmenté l'échelle du prototype de production, qui a été mis en œuvre avec succès sur les sites de partenaires, équipés de grandes machines d'échelle industrielle. Enfin, les chercheurs ont conçu un modèle détaillé d'évaluation économique pour faciliter la définition du coût de revêtement par pièce et valider la possibilité d'atteindre les objectifs de réduction des coûts. Le projet Napilis a donc conduit la première synthèse d'un tel nanocomposite biphasique, l'a utilisé comme revêtement pour les segments des pistons, et a démontré la possibilité d'un usage industriel du procédé. La commercialisation des matériaux et des méthodes, ainsi que leur utilisation dans les moteurs diesel, pourrait réduire notablement la consommation de carburant et les émissions, et renforcer la compétitivité de l'Europe dans de nombreux domaines associés.
