Des matériaux compliants

Les objets pourvus d’articulations nous accompagnent dans toute notre vie quotidienne. «Nous les rencontrons sous des milliers de forme», explique Flavio Campanile, ingénieur en aéronautique et président du conseil d’administration de la jeune pousse Monolitix de l’institut Empa. «Sans articulations, tout serait rigide, les voitures ne pourraient pas se guider et les vélos ne pourraient pas être freinés». L’astuce: au lieu d’assurer à un mécanisme le mouvement nécessaire par des paliers et des articulations classiques, sur les mécanismes monolithiques on renonce sciemment à ces éléments; c’est le matériau lui-même qui se déforme de manière contrôlée et réversible. Ou, pour parler plus concrètement, au lieu de recourir à des paliers et à de nombreuses pièces, les pinces produites par Flavio Campanile sont formées d’une seule pièce, qui se déforme de manière élastique.

 

Une articulation classique (à gauche) est d’une conception très simple. Une solution monolithique (à droite) est plus complexe à développer, mais offre de nombreux avantages en exploitation.

Les avantages des systèmes monolithiques

 «Les avantages des systèmes monolithiques sont évidents», explique Flavio Campanile. Les mécanismes dénués d’articulations sont exempts de frottement, ne s’usent pas et ne demandent donc aucun entretien, ce qui permet de réduire drastiquement le coût de fonctionnement des machines et des instruments. Là où les exigences d’hygiène sont élevées, en technique médicale ou dans l’industrie alimentaire, par exemple, ils présentent l’avantage de pouvoir se nettoyer et se stériliser facilement. De plus, les mécanismes monolithiques permettent de réduire considérablement, voire même de supprimer les frais de montage. Et finalement, les mécanismes compliants permettent de remplir des fonctions qui seraient impensables avec les systèmes conventionnels.

Des ailes d’avion à géométrie variable - prenant modèle sur celles des oiseaux - permettent d’optimiser l’utilisation des forces aérodynamiques, par exemple. On peut aussi imaginer des spoilers arrière pour les bolides de formule 1 qui, à résistance égale, procurent une meilleure adhérence au sol, permettant ainsi d’atteindre des vitesses plus élevées dans les virages. Les systèmes compliants sont aussi les mieux adaptés pour les pales des éoliennes, dont l’accessibilité est malaisée ou pour les paliers des centrales photovoltaïques exposées au sable et à la poussière, qui doivent fonctionner dans des conditions extrêmes.

C’est lorsque les doctorants de Flavio Campanile, René Jähne et Alexander Hasse, se sont consacrés à l’étude de ce thème à l’EPFZ, qu’est née cette idée de société. Les premiers prototypes destinés à la technique médicale ont été produits dans le cadre de leur travail de thèse. Au cours des années suivantes, ce trio de chercheurs, travaillant dans le laboratoire «Mechanics for Modelling and Simulation» de l’Empa, a développé des méthodes d’analyse des éléments flexibles, ainsi que des algorithmes pour l’optimisation de leurs formes. Ces travaux ont débouché sur des modules de logiciels, des banques de données et le dépôt de brevets. En 2010, le moment était venu de fonder leur propre société.

 

La société Monolitix offre aux constructeurs de machines différentes pinces pour robots extrêmement légères et exemptes de jeu et de frottement.

 

De solutions novatrices

C’est déjà avant leur emménagement dans le glaTec, la pépinière de sociétés de l’Empa à Dübendorf (ZH), que ces chercheurs ont trouvé leur premier client: le fabricant de biscuit HUG utilise leur bras de robot pour saisir délicatement, rapidement et de manière hygiénique des fonds de tartelette sur la bande de production, pour les placer dans leur emballage. Flavio Campanile et ses collègues s’attachent à enthousiasmer de nouveaux clients avec leurs nombreuses idées et de développer ensemble de nouveaux produits. Le chef du développement produits de la société Monolitix, René Jähne explique: «Pour une petite société comme la nôtre, il serait trop coûteux de développer et de commercialiser seule des produits complexes pour un marché défini». La société Monolitix offre aussi une petite gamme de pinces raffinées sur catalogue. René Jähne pense qu’une approche active des fabricants de machines, d’outillage et d’instruments est plus prometteuse, car elle permet, pour chaque projet, de mieux connaître les besoins de chaque partenaire et de leurs marchés. Dans les entretiens qui s’ensuivent, les clients ont l’occasion de se faire une idée du travail d’ingénieur de Monolitix pour s’apercevoir que le développement d’un système compliant est un travail interdisciplinaire qui demande un vaste savoir-faire.

Cette nouvelle technologie est très demandée, comme le constatent avec fierté les créateurs de la jeune pousse Monolitix, qui relèvent que leur entreprise est déjà financièrement indépendante; ce qui est plutôt inhabituel pour une si jeune société. Selon son plan d’affaire, elle devrait se développer au cours de ces cinq prochaines années, pour devenir une PME occupant une quarantaine d’employés. Un objectif tout à fait réaliste, si son développement se poursuit avec la même rapidité que jusqu’ici.

 

Empa

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