La recherche de gain de poids est plus que jamais d'actualité dans l'automobile. Les constructeurs jouent sur toute la palette de matériaux : acier, plastiques, aluminium, magnésium. Or un des points forts des plastiques, nous l'avons vu, c'est leur faible densité mais qu'apporte donc ce gain de poids pour une automobile ?
Au carrefour de ces nouvelles contraintes, la masse des véhicules est un facteur clé pour tous les constructeurs. En effet, une masse réduite contribue favorablement à l’agrément du véhicule, à sa consommation de carburant et, pour un choix de matériaux donné, à son prix.
A contrario, les exigences de sécurité, de confort et d’amélioration du niveau d’équipement conduisent à augmenter la masse des voitures. Il est donc intéressant de voir sur quoi et en quelle proportion joue l'allégement des automobiles.
Evolution des masses spécifiques de quelques véhicules en kg / m2 de surface au sol
Cette figure illustre l’évolution de la masse surfacique des véhicules PSA durant ces 20 dernières années. On observe une diminution de masse jusqu’en 1986 qui s’explique par l’impact des chocs pétroliers. A partir de cette date, la tendance générale s’inverse du fait d’un certain nombre de facteurs convergents:
Cette tendance nouvelle, généralisée chez l’ensemble des constructeurs, est également bien illustrée entre des véhicules se succédant. Ainsi, pour la Citroën BX et la Peugeot 405, respectivement remplacées par la xantia et la 406, on constate, pour le modèle de base, une augmentation de la masse surfacique voisine de 23 kg / m2.
Pour Xantia l’examen détaillé des masses montre que 4 zones du véhicule représentent près de 80 % de l’augmentation de la masse. Il s’agit de la structure, de la liaison au sol, des éléments liés au moteur (dépollution, réservoir, radiateur...) et des éléments de garnissage et d’insonorisation.
Avec des choix matériaux/technologies restés globalement identiques depuis 1986, cette tendance à l’alourdissement conduit à un renchérissement des véhicules. Ce phénomène accroît encore l’augmentation de prix liée à la généralisation d’équipements onéreux comme les systèmes de dépollution, les sacs gonflables, les prétentionneurs de ceinture, les système ABS ou la climatisation.
On constate, à partir de 1990/1991, une augmentation
de la consommation moyenne pour PSA et pour l’ensemble des constructeurs. Parmi les facteurs qui concourent à ce phénomène, on trouve la généralisation du pot catalytique en 1991 et, bien sûr, l’augmentation de masse des véhicules.
Même si des valeurs très variables sont rencontrées dans la littérature, on peut considérer qu’un coefficient d’efficacité de 0,4 l / 100 km pour 100 kg gagnés est une valeur représentative.
La dérive des masses a donc un effet direct, de première importance, sur la consommation des véhicules
L’augmentation de masse des véhicules a des conséquences sur la plupart des organes. La masse conditionne le choix du groupe motopropulseur pour un niveau de performances donné, elle agit sur le comportement dynamique du véhicule et son confort de suspension, elle dimensionne la plupart des pièces d’essieux et elle définit la quantité d’énergie à absorber lors des tests de crash. Les conséquences économiques suivent également un chemin similaire.
Or s’il est clair que les prestations offertes à la clientèle sont en nette amélioration d’une génération de véhicule à la suivante, leurs contreparties économiques ne sont que partiellement répercutées sur le prix de vente compte tenu du contexte concurrentiel acharné. On arrive ainsi au paradoxe que les constructeurs mettent sur le marché des véhicules à marge réduite que les consommateurs ont de plus en plus de mal à s’offrir.
Il convient donc rapidement de maîtriser puis de réduire la masse des véhicules de façon à améliorer les performances tout en diminuant les coûts.
L'allégement constitue un atout précieux en période d'économie d'énergie: une réduction de 100 kg diminue la consommation de carburant de 0,6 l aux 100 km. De plus un gain de poids de 1 kg correspond à un gain final de 1,5 kg pour le véhicule. Cela grâce aux effets induits sur le moteur, les suspensions ou l'architecture qui pourront être adaptés.
Les différents constructeurs se sont dès le début des années 80 intéressés à développer des projets visant à réduire le poids des voitures.
De nombreuses études menées par les constructeurs permettent d'estimer les économies de carburant si on allège les véhicules.
On constate que si on allège un véhicule de 300 kg, on peut espérer une économie de 3000 litres au bout de 160 000 km (kilométrage moyen d'un véhicule en fin de vie).
Etendue au parc européen, l'économie est de 6 millions de Tep, soit 30 à 32 millions de tonnes de CO2 dont 2/3 sur l'essence et 1/3 sur le gazole.
La multiplication des équipements de confort et de sécurité oblige, le poids moyen des voitures ne cesse d'augmenter. De plus, pour faire face à cette augmentation de poids, les constructeurs sont conduits à renforcer les éléments de suspension mais aussi les systèmes de freinage et les pneumatiques.
On le voit sur ce tableau, il devient urgent de travailler sur l’allégement des voitures car, si sur les véhicules haut de gamme, les constructeurs sont confrontés à des limites techniques, sur les autres, ils ont des limites économiques.
C'est pour ces raisons que l'on vise à employer des matériaux de masse plus faible permettant de diminuer la consommation des moteurs pour une puissance égale.
Ce problème est particulièrement urgent en ce qui concerne les citycars, des voitures à moteur électrique pour lesquelles chaque gramme économisé se fait ressentir sur la consommation. Les voitures électriques ouvriront donc la voie lorsqu'il s'agira d'introduire le plastique dans de nouvelles applications.
Mais même si les solutions d’allégement existent, le vrai problème est de réussir à réduire la masse tout en maîtrisant le coût global du véhicule.
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