Présentation
Auteur(s)
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Alain GIOCOSA : Ingénieur de l’École nationale supérieure de chimie de Toulouse, Maître ès sciences - Responsable Matériaux polymères et composites, Ingénieur expert, Direction de la Recherche - Renault
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le marché automobile est un marché important pour l’industrie des matériaux. En Europe, 12 millions environ de véhicules, d’une masse moyenne de 1 000 kg sont produits annuellement, soit environ 12 milliards de kg de matériaux.
Si à ses débuts, il y a environ 100 ans, une automobile était constituée principalement de bois et d’acier, aujourd’hui elle rassemble de nombreux matériaux appartenant aux grandes familles suivantes :
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matériaux ferreux : fontes, aciers, tôles (environ 70 % de sa masse) ;
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matériaux non ferreux : aluminium (fonte et tôle), cuivreux, magnésium (environ 5 %) ;
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matériaux minéraux : verre, céramiques (environ 4 %) ;
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matériaux organiques : peintures, adhésifs, textiles, fluides, caoutchoucs, thermoplastiques et thermodurcissables renforcés ou non par des fibres (verre, carbone, aramide, naturelle) ou des charges minérales (environ 20 %).
Les matériaux organiques composites à matrices thermoplastiques ou thermodurcissables renforcées par des fibres, généralement de verre, courtes ou longues ont fait leur apparition dans l’automobile durant les années 60-70. Même s’ils sont aujourd’hui utilisés presque exclusivement pour satisfaire certaines fonctions, leur taux d’utilisation ne dépasse pas 10 à 15 % selon les véhicules.
Cet article propose de montrer :
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l’intérêt d’utiliser des matériaux composites dans la construction d’une automobile du point de vue du constructeur et de son client final et de mettre en évidence les difficultés à surmonter pour accroître leur utilisation ;
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les différents domaines d’utilisation dans l’automobile ; pour chacun d’eux seront examinés l’évolution de la quantité de composites utilisés par rapport à la courbe d’apprentissage, les grandes familles produit/mise en œuvre/mode d’assemblage, les avantages/inconvénients, les attentes particulières et les contraintes ;
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les évolutions prévisibles dans l’avenir et la problématique liée au passage d’un véhicule monomatériau (l’acier représente plus de 70 %) vers un véhicule multimatériau (l’acier devient minoritaire).
Les caractéristiques de ces matériaux ainsi que leur mise en œuvre sont décrites dans d’autres articles du présent volume AM 5.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version courante de avr. 2011 par Nicola PICCIRELLI, Alain GIOCOSA
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Pourquoi utiliser des matériaux composites dans l’automobile ?4. Conclusion
La description de l’utilisation des matériaux composites dans les différents domaines constitutifs d’une automobile montre que ceux-ci aident à satisfaire les évolutions technico-économiques souhaitées par les constructeurs et les nouvelles attentes des clients.
Toutefois, ces matériaux ne sont qu’une des composantes d’un vaste système interactif qui doit tenir compte des procédés de mise en œuvre − fondamentaux pour les composites −, des technologies en place, de l’existence d’essais de validation ou de connaissance des lois de comportement, des possibilités de modélisation ou de simulation... car ce qui intéresse l’ingénieur, ce n’est pas le matériau mais la pièce ou la fonction qui doit répondre aux contraintes du cahier des charges . L’introduction de ces matériaux se fait au travers d’un processus d’optimisation, d’une façon progressive et lente pour les véhicules de grande série ou d’une façon plus rapide pour les petites cadences.
Les matériaux composites sont en compétition constante avec les matériaux métalliques dont les propriétés et les procédés de mise en œuvre ne cessent d’évoluer : tôles d’acier à haute résistance et à haute limite d’élasticité, tôles d’acier prérevêtues, tôles d’aluminium, aluminium et magnésium coulés sous pression.
Pour accroître la compétitivité des matériaux composites et profiter au maximum de leurs avantages, des progrès devront être accomplis suivant les quatre grandes orientations suivantes :
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développer des technologies produits/procédés adaptées à la production en grande série ;
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rechercher une meilleure adéquation entre le procédé industriel du constructeur et les spécificités des matériaux composites ;
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faire évoluer les processus d’études pour ne pas penser seulement acier, mais plutôt multimatériaux ;
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maîtriser la simulation des procédés de mise en œuvre, du dimensionnement et du comportement dynamique.
Par ailleurs, les concepteurs devront veiller à ne pas copier les conceptions métalliques, à gérer intelligemment les intégrations de fonctions, à imaginer des modes d’assemblage « multimatériaux » et à prendre en compte le bilan économique « de la conception à la fin...
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