Les autoclaves dans l’industrie : citernes sous pression

Qu’est-ce que les avions, les voitures de course, les produits alimentaires et les applications médicales ont en commun ? La réponse est l’autoclave. Ces appareils spéciaux jouent un rôle important dans de nombreuses branches industrielles. Nous vous expliquons comment ils fonctionnent, à quoi ils servent et ce que signifie leur nom.

© Wolfram Schroll

Les autoclaves sont indispensables dans de nombreux domaines de l’industrie – sans eux, notre quotidien serait sans doute très différent. Ils servent au traitement thermique des matériaux composites utilisés dans la construction aéronautique et automobile. Dans la médecine, les autoclaves sont utilisés pour la stérilisation. L’industrie alimentaire utilise les autoclaves afin que notre nourriture ait une longue durée de conservation. Les fabricants de pneumatiques s’en servent pour la vulcanisation. Certains matériaux sont fabriqués dans les autoclaves. Le bois y est imprégné, et même le verre de sécurité feuilleté y voit le jour. Dans les laboratoires médicaux et chimiques, ils sont un équipement de travail quotidien. En résumé : avec les autoclaves, on peut réaliser beaucoup de choses.

Mais que sont vraiment ces machines qui influencent notre vie à ce point ? L’Oxford Dictionary définit le terme autoclave comme suit : « Un contenant à très haute température utilisé pour les réactions chimiques et d’autres processus, utilisant des pressions et de températures élevées, par exemple pour la stérilisation à la vapeur ». L’utilisation d’un tel procédé se nomme « autoclaver ». L’origine de ce mot est à la fois grecque et latine. La première syllabe, « auto », signifie soi-même, tandis que « clavis », latin, signifie clé. Il s’agit donc d’un appareil qui se ferme lui-même. Dans presque tous les foyers se trouve un autoclave tout simple : il s’agit de l’autocuiseur. Les autoclaves sont donc – pour simplifier – des contenants métalliques de construction massive qui sont en mesure de générer de la pression et de la chaleur. Il en existe de toutes tailles et de toutes formes, des minuscules aux gigantesques, systématiquement sur mesure selon l’utilisation prévue.


 
 

Fonctionnement d’un autoclave


Des modules d’avions sont créés dans l‘autoclave

Toutefois, cela ne décrit que jusqu’à un certain point le potentiel polyvalent de l’autoclave. Ce mois-ci encore, le photographe Wolfram Schroll a pris la route afin de mettre en image un domaine de la production aéronautique pour notre calendrier ARTS. Dans l’atelier Airbus de Madrid, capitale de l’Espagne, il a tiré le portrait d’un autoclave, et posé ainsi la pierre fondatrice de cet article.

Dans la construction aéronautique, l’autoclave gagne en importance avec le recours croissant aux matériaux composites fibreux. Si autrefois, les avions de ligne étaient quasiment exclusivement fabriqués de métal, de plus en plus de modules sont aujourd’hui constitués de fibre de carbone. Ce matériau se distingue par sa grande résistance assortie d’un faible poids. L’effet souhaité est l’augmentation de la charge maximale, tout en diminuant la consommation de carburant et ainsi les émissions. La structure de l’Airbus A380, à deux étages, est constituée à 20 pourcents de fibre de carbone (CFK), celle de l’A350, de plus de 50 pourcents. Le concurrent américain Boeing suit le même chemin pour la construction du 787 Dreamliner.


Airbus autoclave, which is used in the production of oversize carbon fibre materials

L’immense autoclave Harbin Hafei produit chez Airbus des matériaux composites pour l’A350 XWB - © Airbus SAS 2017


L’industrie autoclave placé par Premium AEROTEC pour produire l’A350 XWB mesure 27 mètres de long, huit mètres de diamètres et pèse 320 tonnes. Des nattes de fibre carbone pré-imprégnées – que l’on appelle Prepregs – y sont mises en forme. Sous un film, un vide est créé, un matériau non tissé absorbe l’excès de résine réactive. Dans l’autoclave, le module est mis sous pression à haute température, ce qui le presse en forme, puis il est durci. Le résultat sont des modules extrêmement résistants et de poids minimal.

Toutefois, l’effort technique mis en œuvre pour produire en autoclave de telles pièces composites destinées à un avion de ligne est énorme. Pour la plupart des fabricants d’avions légers de deux à quatre places, cette technologie n’est pas abordable ; nombreux sont ceux qui laminent encore aujourd’hui leurs modules à la main et travaillent avec des chambres de recuit conventionnelles.

Dans les sports de course, il n’est plus possible non plus de penser aux matériaux sans penser à la fibre carbone. Que ce soit pour la Formule 1 ou le MotoGP, le moindre gramme compte pour les bolides de course à deux ou quatre roues. Dans ces domaines, la fabrication des éléments en composite est réalisée selon de hauts standards comparables à ceux de l’aviation. Enfin, une équipe de Formule 1 consomme en moyenne 5,5 tonnes de ce matériau précieux tous les ans.

BMW i3 – Elektroauto mit Kohlefaserkarosserie

Poids plume pour cette BMW électrique - la BMW i3 mise sur une carrosserie en fibre carbone

L’autoclave comme stérilisateur sous pression : les germes n’ont aucune chance

La médecine et la biologie sont un tout autre domaine d’application des autoclaves, où ils servent à la stérilisation, par exemple des instruments. Grâce à la vapeur d’eau brûlante, les germes sont efficacement éliminés. Selon le mode de fonctionnement de l‘autoclave, l’air est pompé plusieurs fois et remplacé par de la vapeur (procédé du vacuum). Au cours du procédé de courant ou de gravitation, l’air est évincé par la vapeur, comme dans une cocotte-minute. La vapeur est soit générée à l’intérieur de l’autoclave, soit fournie de l’extérieur. Au cours de la stérilisation à la vapeur, les températures sont comprises entre 120 et 143 degrés, la pression entre un et trois bar.

L’industrie alimentaire utilise aussi les autoclaves pour éliminer les microorganismes peu populaires. L’objectif est que la nourriture puisse être conservée plus longtemps – si l’on pense aux 18 millions de tonnes d’aliments qui sont jetés chaque année en Allemagne sans avoir été consommés, il s’agit d’un travail important dans cette branche. On y arrive d’une part grâce à la stérilisation à la vapeur, mais les germes présents dans les aliments sont aussi détruits par la pression – 7000 Bar de pression signent leur arrêt de mort. Au cours du processus, les techniciens essaient de préserver le goût naturel du produit. Afin que les aliments arrivent au consommateur intacts et durables, l’emballage joue un rôle important à la fin de la chaîne.


Chimie, pneus, bâtiment : les autoclaves sont partout

La chimie est un autre domaine d’application des autoclave. Des gaz sont par exemple mis sous pression dans l’autoclave et amenés à produire une réaction. Dans ce contexte, la fabrication de plastiques polymères revêt aussi une grande importance. La liste des domaines d’application des autoclaves est plus longue encore. Les fabricants de pneus utilisent les autoclaves pour la vulcanisation du caoutchouc – un procédé que Charles Goodyear a découvert en 1839 plutôt par hasard, et au cours duquel du caoutchouc d’origine naturelle ou artificielle est transformé en utilisant du souffre et d’autres matières.


 
 

Vulcanisation de caoutchouc dans un autoclave

Le bâtiment n’est pas en reste, et a aussi recours aux autoclaves. Le bois par exemple est trempé, étuvé ou imprégné sous pression. Même les matériaux de construction tels que les briques silico-calcaires et le béton cellulaire sont fabriqués à l’aide de l’autoclave – résistance et structure peuvent être influencées au cours du processus d’autoclavage. Enfin, le verre feuilleté est lui aussi un produit du quotidien qui voit le jour en autoclave : le sandwich de feuilles de verre et d’intercalaires préalablement préparé est durablement lié en autoclave. Il est vrai que l’autoclave est utilisé dans de nombreuses branches modernes de l’industrie, pourtant sa découverte est tout sauf récente. Le physicien français Denis Papin développe déjà en 1679 le Digesteur, qui fit plus tard carrière en autocuiseur et inspira l’autoclave.


Partagez cet article:
Vous pourriez aussi être intéressé:
Réalité Augmentée et Réalité Virtuelle dans l’industrie
Le règne animal, modèle d’aérodynamique pour l’industrie
Le froid, la glace et la neige dans l‘industrie - Les difficultés spécifiques à l‘hiver