Matériaux et composants, un mot d’ordre : alléger

Dans la course à la baisse de la consommation et des émissions, chaque gramme compte. Et l’allégement doit se faire en permanence sur la structure mais aussi sur les composants du véhicule en faisant évoluer ou en substituant un certain nombre de matériaux. L’enjeu est de taille : à titre d’exemple, entre 5 et 10 g de CO2 sont économisés pour 100 kg de réduction de masse avec un modèle de type Clio.

L’une des sources d’allégement réside bel et bien dans le moteur lui-même : il y a dix ans, les pompes d’injection diesel pesaient entre 5 et 6 kg ; désormais, leur poids s’élève à 3 kg. Et chaque sous-composant du moteur s’est allégé. « Nous arrivons aujourd’hui devant un double défi : celui de ne pas augmenter le poids, voire d’alléger les moteurs, tout en accroissant leur efficience avec des systèmes d’injection à la pression plus élevée. Ce qui nécessite des matériaux encore plus robustes. C’est sur ce défi que nous travaillons actuellement », explique Antonio Balboa, responsable de l’activité diesel pour Bosch.

De multiples matériaux à démocratiser

La carrosserie constitue un autre élément capital sur lequel les industriels agissent en priorité. Une démarche continue d’allégement de la structure du véhicule qui limite les pertes générées pour le mettre en mouvement et le freiner. Les constructeurs s’orientent donc sur des modèles multi-matériaux, de façon à employer le matériau le plus adapté dans chaque zone.

Constructeurs et équipementiers cherchent ainsi à remplacer l’acier ou la fonte par de l’aluminium ou du magnésium, ou certaines pièces en aluminium par des pièces en composites ou en fibre de carbone. Illustration chez Faurecia qui, en parallèle de son travail sur l’acier traditionnel, s’intéresse à d’autres matériaux, comme l’explique Olivier Le Friec, directeur de la communication de l’équipementier : « Nous menons des recherches sur l’épaisseur de l’acier afin de gagner en masse sur les pièces. En outre, nous généralisons la technologie à soudure laser qui ne nécessite pas d’apport de matière. »

Mais malgré les avancées de ces dernières années, l’acier révèle ses limites. Trop fin, il devient trop peu résistant, entre autres lors des opérations de soudure. C’est pourquoi Faurecia se penche sur des matériaux alternatifs, avec à la clé des solutions telles que l’aluminium, le magnésium, la fibre de verre ou la fibre de carbone.

« Un point important à retenir cependant : cet allègement ne doit en aucun cas remettre en cause l’intégrité du véhicule sur la sécurité. Il n’est évidemment pas question de revenir en arrière », note Dominique Herrier, directeur adjoint du centre de résultats transports de l’IFPEN.

Principal avantage de ces matériaux : leur poids. « Par rapport à l’acier, l’aluminium est 20 % plus léger. Le gain atteint 25 à 30 % pour le magnésium et 35 % pour les composites de fibre de verre. Enfin, toujours pas rapport à l’acier, les composites de fibre de carbone sont jusqu’à 60 % plus légers », énumère Olivier Le Friec.

Dans ce contexte, Faurecia a déjà expérimenté ces matériaux en complément de l’acier. Au dernier Salon de l’automobile de Paris, Eolab, concept-car vedette du stand Renault et concentré des technologies futures, a mis en lumière les matériaux de demain. Son plancher, mis au point par Faurecia, a été conçu en composites de fibre de verre. Avec un gain de 16 kg par rapport à un plancher traditionnel en acier, à iso-sécurité. L’équipementier espère produire des composites de fibre de verre à grande échelle d’ici environ quatre ans.

La fibre de carbone, piste privilégiée

Mais Faurecia ambitionne d’aller plus loin en démocratisant l’emploi du matériau le plus léger jamais créé et aux capacités de sécurité déjà éprouvées, la fibre de carbone. C’est d’ailleurs bien le but du projet Force pour Fibre Optimise Réaliste Carbone Économique, lancé par la Plateforme de la filière automobile et dont fait partie l’équipementier, tout comme une dizaine d’autres constructeurs et industriels. L’idée : créer une filière de carbone française performante et autonome.

Le projet porte sur deux axes principaux avec un objectif : diviser le coût actuel de la fibre de carbone par deux d’ici 2020 afin de passer de 14-15 euros à 7-8 euros/kg. Pour ce faire, les acteurs de l’industrie automobile réfléchissent ensemble à trouver une alternative à la matière première utilisée, le polyacrylonitrile, qui pèse pour 50 % du coût total de la fibre de carbone. Le recours aux matériaux issus de la biomasse, dont le bois, est envisagé.

Second axe de travail du projet Force : améliorer le temps de cycle de production des pièces en composites de fibre de carbone pour, in fine, produire en masse et diminuer le prix. L’objectif serait de fabriquer une pièce par minute pour démocratiser d’ici 2020 ce matériau carbone sur des pièces structurelles, semi-structurelles et sur la carrosserie, et faire gagner aux véhicules de précieux kilos.

Un travail à mener sur l’aérodynamisme

En complément des matériaux, l’aérodynamisme a son rôle à jouer dans la consommation des futurs modèles. À l’avenir, nombre de codes esthétiques établis pourraient bien se voir bousculer. « Les frottements aérodynamiques du véhicule liés à sa pénétration dans l’air lors du roulage sont surtout élevés avec les hautes vitesses mais l’amélioration du profilage peut amener à gagner quelques grammes de CO2 », souligne Dominique Herrier de l’IFPEN. Qui cite la suppression des rétroviseurs latéraux remplacés par des caméras situées à l’arrière du véhicule, ou encore la modification du profil des enjoliveurs de roue.

Au-delà de l’allègement, la réduction des frottements contribue aussi à baisser la consommation. Cet objectif concerne particulièrement les pneumatiques. D’importants progrès ont déjà été effectués par les fabricants qui jouent notamment sur la nature des composants. Michelin, toujours dans l’optique d’améliorer l’adhérence aussi bien sur sol sec que mouillé, travaille sur de nouveaux matériaux composites mais aussi de nouveaux mélanges. L’équipementier est ainsi impliqué dans le projet BioButterfly, pour développer des mélanges biosourcés.

« À partir de la biomasse, comme les résidus agricoles ou les algues, nous souhaitons recréer des matériaux synthétiques, alternatifs à l’isoprène ou au butadiène de source fossile. Autre bénéfice de ses mélanges biosourcés : diminuer la dépendance aux produits pétroliers », résume Damien Hallez, responsable communication technique groupe de Michelin.

Mais d’autres matériaux, encore plus insolites, pourraient entrer dans la composition des pneus. Ainsi, dans la même veine, Goodyear travaille sur l’huile de graines de soja pour remplacer les dérivés pétroliers. Dernière nouveauté en test chez l’équipementier, des tests avec des cendres de combustion de déchets de riz pour produire de la silice destinée à la composition des pneus.

Selon Goodyear, ces cendres offriraient des performances similaires à celles de la silice traditionnellement employée, tout en limitant l’impact environnemental de la fabrication puisque les déchets de riz, auparavant éliminés en décharge, bénéficient d’une seconde vie. Un procédé qui pourrait très vite passer au stade de la commercialisation : Goodyear est en négociation avec des fournisseurs pour acheter de la silice issue du riz.

Les pneus ont encore du chemin à faire

Dernier exemple, Continental a élaboré des pneus à base de pissenlit, alternative aux hévéas. Le principe : extraire le liquide blanc contenu dans les racines de pissenlit, gomme aux propriétés proches de celles du latex. Son avantage : être bien moins coûteux que le latex extrait des hévéas qui poussent principalement en Amérique du Sud. Continental a présenté ses premiers pneus prototypes et promet une commercialisation en série dans les prochaines années.

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