On pensait au début des années 80, pouvoir réaliser des carrosseries d'automobiles de grandes séries " tout composites " pour l'an 2000. Mais la révolution de la productique et l'impératif écologique ont retardé ce projet.
Les métallurgistes ont très bien su adapter la révolution industrielle de la productique à la fabrication d'une voiture. Aujourd'hui, la réalisation de celle-ci est entièrement automatisée depuis la bobine de tôle jusqu'à la coque en blanc (découpe des flans, emboutissage et soudure par point). Sauf en cas d'incident, les ouvriers ne participent plus à ces étapes. De ce point de vue, il reste encore beaucoup de progrès à faire du côté des plastiques. Mais l'avenir est prometteur.En effet, dans le cas de la tôle d'acier, on procède par reprises, alors que le moulage des plastiques ou composites permet d'obtenir, en une seule opération, un produit fini multifonctions.
Il y a deux façons de concevoir la voiture tout composites :
La place des plastiques dans les pièces d'intérieur n'est plus à exposer mais les dernières applications qui laissaient encore une place aux autres matériaux tendent à disparaître. Ainsi les sièges arrière ou la banquette pourraient bien évoluer petit à petit vers des solutions composites renforcées. Le choc bagage devient en effet très contraignant et pousse certains constructeurs comme Audi à adopter des structures thermoplastiques (TRE) de dossier. Sur leurs monospaces, les Américains étudient de très près la solution assise composite avec fibres orientées pour servir notamment de point d'attache de la ceinture centrale. Ils penchent parfois pour une banquette "tout composite", même si l'entretoise est presque toujours... en acier. Les Européens travaillent aussi sur des concepts hybrides pour leurs structures de banquettes arrière, acier, composites, aluminium et magnésium se mêlant souvent par paires. C'est notamment le cas de la troisième rangée de sièges de la 406 familiale. Un tissage de fibres composites est l'unique soubassement de cette banquette destinée à accueillir deux enfants. Il vient s'accrocher sur le cadre acier et assure les fonctions ressort et suspension. Une solution apparemment plus souple est proposée par Delphi sur son siège Optiride, avec soubassement en élastomère. L'équipementier indique que ses clients sont tentés de rajouter une fine mousse sur ce treillis pour ne pas désorienter le consommateur final. Pourtant, la fonction maintien est déjà assurée grâce à un certain enfoncement dans la nappe élastomérique, tandis que les phases "confort" puis "suspension" sont programmables comme lors de la conception d'une assise en mousse.
La face avant intégrée sous forme d'un système a pu voir le jour grâce à l'emploi des plastiques techniques. La France a été pionnier en la matière, ce qui permet aujourd'hui à une entreprise comme Ecia de décrocher de nombreux contrats dans le groupe VAG. Les Américains se mettent aussi progressivement à cette technique en favorisant le SMC qu'ils connaissent bien (cas de la Ford Taurus), tandis que d'autres préfèrent des thermoplastiques renforcés et s'appuyant sur un cadre de tôle. Les modules de refroidissement retiennent ces mêmes SMC ou thermoplastiques alliés à de la fibre de verre (PP et fibre de verre longue ou PA et fibre de verre courte). L'évolution des cahiers des charges jouera certainement un grand rôle dans les choixde matériaux. En effet, l'intégration pare-chocs, poutre de pare-chocs (pour les petits chocs), support plastique de face avant et ses accessoires (GMV, radiateurs, phares), et enfin cônes d'absorption d'énergie rattachés aux longerons, sera réalisée par chaque constructeur en fonction de son approche des problèmes de choc et du rôle joué par chaque élément dans ces différentes situations :chocs à basse vitesse (4 ou 8 km/h), moyenne vitesse (15 km/h) et haute vitesse (56 km/h).
Pour gagner plus de valeur ajoutée et devenir des acteurs incontournables sur les plateformes-moteurs, les équipementiers électroniques ont donc décidé de réagir en proposant une intégration des modules d'admission en s'appuyant sur les possibilités d'intégration offertes par les plastiques. Magneti Marelli propose aujourd'hui un module compact comprenant filtre à air, conduits d'admission à longueur variable, papillon d'admission, capteur d'air massique, répartiteur, rail à essence et injecteurs.
Pour couler conduits d'admission et papillon de gaz dans le même matériau, Mercedes quant à lui a retenu le magnésium sur sa famille de V6. Les quatre pièces très techniques composant ce module sont impressionnantes de précision, mais Rover semble avoir été plus performant sur son moteur K en retenant le plastique pour réaliser le papillon d'admission... et donc un module d'admission tout plastique.
Pour le seul papillon d'admission, le poids a pu être réduit de 40%, les coûts d'outillage de 65% et le moindre nombre de pièces s'est à nouveau traduit par une baisse de coût de 65%. Le gain de poids permet enfin de rendre moins susceptibles aux vibrations les papillons et régulateur de ralenti.
Mercedes a dû également appliquer un revêtement sur les parois de son collecteur en magnésium. Les plasturgistes profitent pour leur part des bonnes qualités de surface et de souplesse de mise en œuvre des plastiques pour optimiser l'aérodynamique des conduits et créer, grâce à des vagues à l'intérieur des conduits", un effet de résonance favorable à une légère surpression de l'air à l'admission.
Ces collecteurs d'admission ne font parfois plus qu'un avec le couvercle de culasse, mais la distinction des fonctions permet à ce dernier d'adopter le renfort fibre de verre minéral, et intégrer ainsi la fonction recyclage d'huile en plus de celle de support de filtre à air. Toutes ces fonctions faisant appel aux plastiques techniques évolueront en fonction des contraintes thermiques imposées par les cahiers des charges, les thermoplastiques risquant de devoir être remplacés par les thermodurcissables au-delà de 140°C.
Par contre, elles profiteront des moyens de prototypage rapide qui évoluent en leur faveur. En effet, la stéréolythographie peut maintenant travailler des "résines" polyamides, pour obtenir des pièces prototypes aux tolérances toujours plus serrées et capables d'être testées sur banc. Ceci permettra de réduiresensiblement les temps de cycle de développement (itérations et validation).
Dans le compartiment moteur, les élastomères poursuivent leur mutation en s'adaptant à des tolérances de plus en plus draconiennes : le monde anglo-saxon parle ainsi de durée de vie de véhicules de 15 ans et 150.000 miles, soit 242.000 km, auxquels les spécialistes des élastomères doivent pouvoir apporter des réponses fiables. Les durites doivent aussi se fixer sur des supports pouvant atteindre 230°C, tandis que les joints entourant les ouvrants doivent se faire de plus en minces et esthétiques tout en garantissant une meilleure tenue au vieillissement et des réponses aux problèmes vibratoires.
Certains constructeurs et équipementiers travaillent sur des carters de crémaillère de direction en composites, les uns visant la standardisation avec les polyamides, d'autres la sécurité avec des graphite époxy bien techniques...
Ces derniers graphites époxy devraient alors pouvoir aussi servir pour des éléments de suspension comme les triangles, mais les prototypes des équipementiers et constructeurs tardent à être retenus pour la série. Le Range Rover dispose néanmoins de bras de suspension en composite, dont les extrémités en aluminium sont coulées directement sur le composite! Les lames de ressort sont pour leur part déjà en production chez Renault/Volvo (Traffic puis 960) et GM (Corvette), mais on notera que les (Chevrolet Lumina, Pontiac Grand Prix ... ) et leurs "Mc Pherson" avant et arrière ont abandonné cette solution pour des ressorts acier. Nissan a retenu une lame composite pour l'essieu arrière de sa Vanette et d'autres constructeurs semblent réfléchir à la solution " une lame par roue ".
Il est à noter par ailleurs que ces solutions composites sont bien adaptées aux pneus verts qui seront de plus en plus gonflés, hauts et étroits, mais aussi aux trains parfaitement guidés, type double triangulation, dont la mise au point reste plus aisée. On peut alors se passer de barre antiroulis sans risquer de voir apparaître des phénomènes parasites.
Toute une palette de solutions composites, et notamment la solution à spirales est déjà disponible. Le remplacement pur et simple des ressorts acier par des variantes composites intéressera peut-être des constructeurs sur certains dérivés de gamme.
Dunlop a décidé d'avoir massivement recours à la fibre aramide sur son pneu "SP 8000" pour réduire le poids de son enveloppe. Il remplace ainsi de nombreux composants en acier ou Nylon par l'aramide, et parvient à réduire de 10% l'épaisseur des flancs et gagne 30% de poids par rapport aux produits de ses concurrents. Audi est le premier à monter de tels pneus en série (sur l' A3).
Depuis des années, les designers automobiles discutent des possibilités de fabriquer des vitres automobiles en plastique à la place du verre. Mais les vitres en plastique ont longtemps été considérées comme un objectif impossible à atteindre à cause de leur faible résistance aux rayures. La société BAYER a mis au point un vernis résistant aux rayures. Du coup, les plasturgistes proposent des polycarbonates recouverts de ce vernis pour la réalisation de vitres et de pare-brises.
Les raisons de cet intérêt pour les vitres en polycarbonate sont multiples : la matière est plus légère, offre une sécurité accrue de par sa résistance supérieure au verre et permet une plus grande liberté de création.
La sécurité serait améliorée si l'on remplaçait le verre par le plastique. En raison de sa résilience nettement meilleure par rapport au verre, il réduit le danger de voir des passagers blessés par ses éclats lors d'un accident, et la protection contre le vol est supérieure.
Les procédés de mise en œuvre des matières
plastiques offrent davantage de possibilités au niveau du design. De sorte que la
fonction première du vitrage, qui est de protéger le conducteur et les passagers des
intempéries, est presque devenue secondaire. C'est le design qui prime, façonnant
l'apparence de la voiture et la différenciant des autres véhicules. Or il est plus
facile de réaliser des formes complexes en matière plastique qu'en verre. Il en va de
même pour certaines possibilités de montage simplifiées, comme la technique de fixation
" clip in ou pop out ".Optique de phare Peugeot 406
Vitre arrière d'une tigra
Il est à noter tout de même que les procédés d'obtention de vitre en verre ont considérablement évolué. Ainsi Opel sur le modèle Tigra a réussi une jolie réalisation avec sa vitre arrière aux formes complexes. Cette avancée sur la technique du verre est née de la concurrence du plastique.
Aujourd'hui, ce qui freine le plus l'application de cette matière, c'est son aspect plastique. Les designers y sont sensibles.
Nous l'avons vu, pour réduire la consommation des moteurs, à puissance égale, on doit diminuer la masse des véhicules.
Or dans l'imaginaire de certains designers, la vitre supplantera la tôle et permettra aux passagers une vue intégrale du paysage. Mais une surface de verre plus grande augmente la masse du véhicule, ce qui est en contradiction avec les efforts visant à réduire la consommation de carburant. Un changement de matériau de fabrication des vitres offre un grand potentiel de réduction de masse. Si l'on remplace le verre feuilleté de sécurité d'une épaisseur de 4 mm par du polycarbonate d'une épaisseur de 5 mm, la masse est réduite passant de 10 kg/m2 à 6 kg/ m2 . Pour une Mercedes de la série C ayant une surface de 4,5 m2, la masse du vitrage serait réduite d'environ 17 kg, soit de 40%. Cette réduction, compte tenu de l'investissement, est énorme.
Là aussi, deux façons d'utiliser cette nouvelle matière. Ou l'on se contente de remplacer le verre actuel, ou l’on essaie d'intégrer de nouvelles fonctions.
Ainsi cette nouvelle matière pourrait assumer des fonctions constructives. Il serait envisageable de produire en plastique un côté complet de la carrosserie, y compris la fenêtre, d'un seul bloc dont uniquement la partie inférieure serait peinte. Il serait ainsi possible de réaliser les portes à bon prix. Cette hypothèse est réaliste dans la mesure où, d'ici quelques années, tous les nouveaux véhicules seront équipés de la climatisation. Les constructeurs se demandent donc sérieusement s'ils ne doivent pas revenir aux vitres fixes.
Il reste maintenant à étudier l’impact clientèle. Notamment au niveau sécurité pour l’évacuation en cas d’accident et éventuellement au niveau de la claustrophobie.
Les vernis enregistrent des résultats un peu plus mauvais que le verre aux tests d'abrasion mais ceux ci restent acceptables.
Les vernis sont durcis thermiquement après leur application sur les plaques en polycarbonate. Pour que ce procédé se déroule aussi vite que possible et donc à moindre coût, le fabricant utilise la température maximale pouvant être supportée par le plastique sans déformation (de 130° à 190° selon le type de polycarbonate ).
Le composite verre-carbonate constituera une autre possibilité de réduction du poids du vitrage. Le poly-verre feuilleté est constitué d'une plaque en polycarbonate sur laquelle sont collées de chaque côté deux minces vitres en verre d'une épaisseur d'environ 0,5 mm. Cette combinaison permet d'allier les excellentes propriétés de surface du verre à la grande résilience du polycarbonate. Le poly-verre répond ainsi aux exigences élevées demandées au vitrage voiture. Son poids d'environ 6,6 kg / m2 représente une réduction de près de 33 % par rapport au verre.
Mais ce produit ne sera pas encore utilisé sur la prochaine vague de véhicules. Car s'il existe sous une forme plate, il est encore en développement sur des vitres de grandes tailles et surtout, il faudra encore attendre 4 ou 5 ans pour avoir des vitres cintrées.
Les vitres de phares en polycarbonate sur la Peugeot 406 et la Mercedes classe E. ont rencontré un vif succès. Il est donc évident que de nouveaux véhicules vont s'ouvrir à ces matériaux. En effet, l'exigence consistant à réduire à terme la consommation en carburant conduira à imposer les vitres légères dans le secteur automobile. Les champs d'application et le rapport qualité/prix détermineront quelle technologie sera privilégiée.
Le polycarbonate résistant aux rayures est en discussion pour les voitures de petites tailles et les voitures électriques. Chez Mercedes, on pense utiliser une combinaison de ces deux techniques pour les automobiles de haut de gamme. Ils emploieraient le polycarbonate résistant aux rayures pour la lunette arrière et le toit ouvrant, et du poly-verre pour le pare-brise, plus fortement sollicité. Les possibilités de recyclage et d'élimination joueront également un grand rôle au niveau de ces réflexions.
Le vitrage automobile du futur assurera bien plus de fonctions que l’intégration du chauffage de lunette arrière et de l’antenne radio. Le dégivrage du pare brise ou la coloration, prévue pour empêcher le réchauffement de la voiture en cas de fort ensoleillement sont aujourd’hui des fonctions usuelles.
Dans un avenir proche, des substances élèctrochromes assombriront la vitre en cas de mise sous tension et un affichage dans la partie supérieure du pare-brise donnera des informations au conducteur (itinéraire à suivre…). Ceci sera un argument de plus car il participera pleinement au confort du conducteur et à sa sécurité.
Au préalable, il faut se débarrasser du concept de brillance, qui engendre une augmentation du coût. En particulier, le chromage et la peinture conduisent à une élévation drastique du prix de revient. Ainsi, sur les anciens pare-chocs, 60 % du coût était dû au chromage. A l'heure actuelle, on dépose, sur chaque voiture, 20 kg de peinture dont le coût est d'autant plus élevé que l'on va vers des teinte vives.
Il faut savoir, par ailleurs, que l'investissement en cabine de cataphorèse dans l'automobile et de lignes de peinture de plusieurs centaines de mètres, est l'un des postes les plus élevés de l'usine. Le coût d'une ligne de dégraissage et cataphorèse est estimé à environ 2 Mrds de francs. De plus, la peinture constitue un facteur important de dépense énergétique (cuisson) et de pollution (effluents: boues polluantes et solvants toxiques).
Les plastiques-composites ne présentent pas ces inconvénients puisqu'ils peuvent être teintés dans la masse mais les pièces ainsi obtenues présentent un aspect moins brillant qu'une laque.
Paradoxalement, on peint l'acier pour qu'il ne rouille pas et on peint également les pièces plastiques bien qu'elle ne rouillent pas par nature.
Malgré cela, il semblerait que les constructeurs ne soient pas encore décidés à abandonner ce concept de brillance. Pour remplacer la traditionnelle mise en peinture, une solution à été trouvée et sera mise en série par Ford. Cette première application est certes de petite taille mais laisse présager de nouvelles applications plus importantes.
Dès le printemps prochain, il y aura quelque chose de nouveau sur la Ford Taurus. Ca se passera au niveau du support de calandre mais ce sera presque indécelable pour le client. Cette pièce en polyoléfine sera en effet revêtue par un film préalablement installé dans le moule d'injection. Développée par Visteon Automtive Systems, ex-division des composants automobiles de Ford (à Milan, Michigan). Cette technique de revêtement dans le moule qui remplacera l'actuelle mise en peinture après moulage serait enfin devenue reproductible.
Ceci sera un atout pour les mouleurs qui n'ont pas d'installations de peinture. Il suffira de déposer dans leur moule, avant injection, le film PVDF/acrylique de 0,058 cm d'épaisseur et d'injecter la matière plastique. Lorsque la pièce sortira du moule, elle sera recouverte de ce film qui lui donnera l'aspect d'une pièce peinte.
La technique de revêtement dans le moule réglerait aussi un autre problème épineux : celui du traitement des déchets de peinture. Plus de peinture, donc plus d'effluents. L'intérêt serait également de réduire le temps de fabrication, qui pourrait par ailleurs se rapprocher de la ligne d'assemblage. Le procédé serait même supérieur à la mise en peinture en terme d'aspect de surface (sauf pour le brillant qui semble encore à améliorer), de rétention de couleur et de tenue à l'abrasion. Visteon compte d'ailleurs bien ne pas se limiter aux supports de calandre. Les enjoliveurs de roues, spoilers et autres pièces de peau pourraient bientôt y passer.
Malgré tout, cette technologie a un coût et elle ne saurait concurrencer la matière teintée dans la masse. Son application sera appréciée pour les pièces de style qui, pour des raisons marketing, devront avoir une apparence laquée.
|
|
|
