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Découpe au plasma, le quatrième état de la matière en action

La découpe au plasma s’avère une des techniques de coupage des plus utilisées en métallurgie et en usinage. Sa vitesse de coupe et son faible coût lui confèrent souvent une longueur d’avance sur le laser, pourtant plus précis mais plus coûteux.

Selon Dominique Paradis, directrice Ventes et Distribution pour l’Est du Canada chez Hypertherm, « Avec l’ajout d’énergie à la vapeur d’eau, les gaz deviennent ionisés (hydrogène et oxygène). Ce processus d’ionisation rend le gaz conducteur. Ce gaz conducteur et ionisé est appelé plasma. »

Bienvenue dans le quatrième état de la matière!

Un vortex de gaz

Le plasma est un arc électrique (ou courant électrique) en fusion qui vient fondre le métal (sa température avoisine les 18 000 Co ; à titre de comparaison, l’étincelle est un arc électrique de faible intensité).

En introduisant l’oxygène et l’air, on pousse l’arc électrique à l’intérieur du métal ; cette action entraîne la coupe. On utilise des gaz pour activer ou faciliter l’amorçage de la fusion (acétylène, oxygène, azote, argon ou mélange d’air). On se sert parfois de l’image d’une fourchette placée dans une prise électrique : l’ustensile va fondre.

La même réaction se produit avec le plasma, à la différence que l’action est contrôlée.

Découpe au plasma manuelle.  Crédit photo : Hypertherm

Découpe au plasma manuelle.
Crédit photo : Hypertherm

«La puissance électrique peut générer différents ampères (unité de mesure de l’intensité du courant électrique), poursuit Raynald Hainse, chargé de projets en fabrication assistée par ordinateur (FAO) au Centre de productique intégrée du Québec (CPIQ). Plus l’ampérage est élevé (parfois plus de 500 à 600 ampères), plus on peut découper des métaux d’une bonne épaisseur (un peu plus de deux pouces).»

Le marquage, quant à lui, est possible mais nécessite un ampérage plus faible (20 à 30 ampères).

Usuel ou HD

On distingue deux catégories de plasma : le plasma haute définition et le plasma standard (découpage plasma à sec). «Le processus de coupage plasma conventionnel, explique Dominique Paradis, utilise normalement un gaz simple (généralement l’air ou l’azote), qui refroidit et produit le plasma.

Utilisés principalement dans les applications manuelles, la plupart de ces systèmes ont une capacité en dessous de 125 ampères, pour couper des matériaux d’une épaisseur de moins d’un pouce et trois quarts.»

Pour des applications mécanisées

L’utilisation la plus courante au Québec demeure la découpe de plaques d’acier (environ 99 % de la production mécanisée). Certaines technologies au plasma permettent d’obtenir d’excellents résultats de coupe dans le secteur des tôles fines.

Les vitesses de découpage sont d’ailleurs plus grandes pour des épaisseurs de tôle moyennes à grandes qu’avec le procédé laser. De plus, la coupe de tubes, quand à elle, ne représente pas un marché important.

La découpe manuelle (chantiers miniers, réparation de véhicules lourds, construction navale, etc.) compte pour une bonne part de la fabrication / réparation.

La guerre au laser

Les innovations sont légions dans le domaine, si on en croit Raynald Hainse. Elles vont principalement en compétition contre le procédé de coupe au laser.

«Les activités de recherche et développement touchent en particulier le secteur des torches au plasma. On tente de se rapprocher de plus en plus de la découpe laser, plus performante au niveau de la chaleur émise et de la largeur de coupe.»

En effet, la découpe au plasma possède un angle de coupe et c’est sur ce point précis que s’effectue la recherche. Diminuer l’angle de coupe est le but à atteindre.

De plus, «un nouveau système plasma de 200 ampères pour le coupage et le grugeage baptisé MAXPRO200, présente une interface intuitive à une seule étape et un contrôle automatique du gaz pour des résultats cohérents sans intervention de l’opérateur», informe Madame Paradis.

Par ailleurs, une nouvelle torche de 1,2 mètre de longueur assurant une coupe avec portée étendue vient également d’apparaître sur le marché.«Conçues pour la coupe manuelle, explique Madame Paradis, les torches longues sont parfaites notamment pour la mise au rebut ou encore la coupe en hauteur. Elles permettent aux opérateurs de réaliser leurs tâches plus vite et de façon plus ergonomique, sans devoir se fléchir ou monter sur des échelles.»

Enfin toujours selon Madame Paradis, l’association de deux technologies (LongLife) et d’une excellente qualité de coupe (Air/Air et O2/Air) permet aux opérateurs de couper plus de pièces par heure et de réduire les besoins d’opérations secondaires.

De l’énergie à la construction

Le secteur énergétique (notamment le pétrole, gaz naturel, nucléaire et éolien) est également un utilisateur de cette technologie. La fabrication d’éoliennes, la construction de centrales nucléaires, la construction et la réparation de pipelines, le chanfreinage de tuyaux ou encore la réparation de parcs de camions sont quelques-uns des nombreux champs d’application de la technologie au plasma dans ce secteur.

Découpe au plasma dans le domaine de la construction. Crédit photo : Hypertherm

Découpe au plasma dans le domaine de la construction.
Crédit photo : Hypertherm

L’industrie de la construction reconnaît elle aussi les bénéfices de la coupe au plasma. Ils représentent des outils indispensables dans la fabrication de tracteurs, de chargeurs et d’autres équipements, la fabrication de montants muraux et de poutres de plancher triangulées et de plafond, la réparation d’équipement ou encore l’installation de toiture ou de parement.

La fabrication de composants métalliques intéresse également l’industrie de la métallurgie. Avec les systèmes automatisés, l’industrie est en mesure de produire rapidement des pièces à partir de plusieurs types de métaux d’épaisseurs différentes (pièces sur mesure, coques et quilles des bateaux, comptoirs et armoires de cuisines industrielles, conduites, fermes de toit, etc.).

L’industrie de l’automobile n’y échappe pas. Que ce soit pour la fabrication ou le remplacement de panneaux de carrosserie ou de pare-chocs, la réparation de châssis, de systèmes d’échappement de planchers.

«Les systèmes plasma, de conclure Madame Paradis, aident les usines à améliorer leurs processus de fabrication et à réduire leurs coûts d’exploitation. Pour de nombreuses applications, les vitesses de coupe rapides et de qualité supérieure du plasma en font une solution plus efficace et plus rentable que les autres technologies de coupe comme l’oxygaz ou le laser.»

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