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Quotidien des Usines

Les plastiques visent l'extrême

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Publié le

Légers, insensibles à la corrosion, capables de rivaliser avec la tôle pour certaines propriétés mécaniques, de résister à des températures inhabituelles ou à des fluides agressifs, les plastiques gagnent du terrain dans des applications jusqu'ici réservées aux métaux et aux verres.

Gavés d'équipements électroniques de sécurité et de confort, voire de gadgets, les voitures ont pris du poids : pas moins de 350 kg depuis les années 1990 ! Avec, à la clé, le risque d'une augmentation des consommations et des émissions. Mais cela aurait pu être bien pire : nos automobiles afficheraient 200 kg de plus au compteur si les substitutions d'autres matériaux par des plastiques n'avaient pas eu lieu.

Une révolution pour l'automobile, et qui est loin d'être terminée. Producteurs de polymères et plasturgistes visent désormais les applications les plus exigeantes. « Toutes les substitutions de matériaux permettant un allégement finiront par avoir lieu, à condition que les critères de coût, de performance et de qualité de la fonction soient respectés », avance Lionel Rauser, le responsable automobile chez Sabic Innovative Plastics.

validés par les crash tests

C'est le cas pour des pièces d'habitacle, par exemple, qui passent avec succès les crash tests. Ainsi, les appuie-tête de plusieurs modèles Mercedes (classes C, S, M...) associent désormais la très bonne résistance aux chocs du polyamide à la stabilité dimensionnelle de l'ABS. Deux matériaux incompatibles par simple mélange, mais que BASF a réussi à associer par liaison chimique.

De nombreuses pièces extérieures ont également fait leurs preuves dans ce domaine. L'entretoise intégrée en série sous le pare-chocs frontal de l'Opel Corsa, une poutre de renfort réalisée en polyamide, améliore la protection des piétons grâce à sa capacité à absorber de l'énergie lors d'un choc, malgré sa rigidité. « Nous avons dimensionné la pièce au plus juste en simulant le comportement du polyamide lors de la mise en forme, de son utilisation et d'une possible collision. Le résultat est un équilibre optimal entre sa rigidité et sa masse », explique Eric da Silva, le responsable constructeurs chez BASF, codéveloppeur de la pièce avec Opel.

l'impératif de la tenue thermique

Les pièces extérieures en polymères ont aussi pour avantage, en cas de choc à faible vitesse, de revenir plus facilement à leur état initial. C'est ainsi que les ailes en thermoplastiques, difficiles à distinguer de l'acier pour le commun des mortels, sont désormais monnaie courante sur les véhicules de moyenne série. Avec 1 à 1,7 kg de gagné par rapport à une paire d'ailes en tôle. Mais le principal atout du matériau retenu pour cette application, un alliage de polyamide et de polyphénylène oxyde (PPO), est son excellente tenue thermique. Elle lui permet de résister pendant plusieurs dizaines de minutes aux près de 200 °C imposés en fabrication, lors du traitement anticorrosion (cataphorèse). Une aptitude déterminante pour les industriels, qui évitent ainsi les coûteux détours par une peinture hors ligne de production.

Dans les inserts structuraux de la C4 Picasso, sortie fin 2007, la cataphorèse joue même un rôle déterminant. Ces grandes pièces, qui comblent les vides de la caisse en blanc afin d'améliorer l'absorption d'énergie en cas de choc, combinent en effet un polyamide chargé à 35 % de fibres de verre et une mousse structurelle expansée lors de la cataphorèse, qui contribue à la rigidité de la structure. Bilan : un gain de plusieurs kilogrammes par rapport à la même pièce en acier.

Toutefois, si les propriétés mécaniques des polymères leur permettent de trouver des débouchés dans des pièces de plus en plus structurelles, les métaux font de la résistance. Ainsi, le châssis, même s'il est au centre de plusieurs programmes de recherche, paraît intouchable. Techniquement, l'évolution est envisageable : les Formule 1 sont là pour le prouver. Reste la lourdeur des investissements déjà consentis pour les lignes de production acier, l'expérience accumulée, qui garantit la fiabilité de la mise en oeuvre des pièces métalliques, et les temps de cycle, défavorables aux plastiques et composites (lire ci-dessus). « A partir d'un certain nombre de véhicules par jour, l'acier est imbattable », tranche Gérard Liraut, le chef de service matériaux polymères et mise en oeuvre chez Renault.

un investissement moindre

A l'inverse, pour des pièces destinées à répondre à la demande de personnalisation des utilisateurs, donc produites en petites séries, la filière polymères, qui demande un investissement moindre, devient séduisante. C'est le choix qui a été fait pour un plancher arrière décliné en plusieurs versions dans la gamme Mégane II. « Pour ce plancher de roue de secours, nous avons aussi travaillé sur l'aspect environnemental : dans la nouvelle Mégane, cette pièce intégrera 5 % de matière recyclée », souligne Christophe Wojciechowski, le responsable recherche et innovation matière et process chez Inoplast. Mais le principal objectif était l'allégement, réalisé ici grâce à un thermodurcissable renforcé par des microsphères de verre creuses. Une solution reprise sur la nouvelle Mégane, avec une densité encore inférieure.

Plus généralement, la diminution de la taille des renforts au sein des composites, qui décuple leur surface de contact avec la résine de base, est une piste sérieuse pour obtenir une résistance comparable avec des matériaux plus légers.

Les pièces moteur : un bastion à conquérir

Autre bastion à conquérir pour les polymères : les pièces moteur. Cette fois, c'est la résistance thermique des pièces en service qui est la clé de leur avenir. Chez BASF, on met en avant l'exploit réalisé par la société ContiTech, qui a utilisé un polyamide pour la première biellette jamais fabriquée en plastique. Renforcé par des fibres de verre dont l'orientation a été prise en compte lors de la modélisation des propriétés mécaniques de la pièce, le matériau résiste aux attaques des huiles à des températures qui fluctuent entre - 30 °C et 120 °C. Mann + Hummel France, équipementier spécialiste des filtres et des systèmes pour l'alimentation en air du moteur, indique de son côté travailler au développement d'une pièce en PPA (polyphtalamide) - matériau déjà connu pour sa résistance thermique et chimique - encore plus performante : elle devrait supporter des températures de l'ordre de 200 °C sous une pression de 1,8 bar. « Ce produit destiné à une pièce du circuit moteur, après le turbocompresseur, devra répondre aux nouvelles exigences liées à la réduction de la taille des moteurs, et à son corollaire : une augmentation de la température sous le capot », explique Luc de Keyzer, le directeur technique de Mann + Hummel. Une tendance qu'accentuent encore la place croissante prise par les boucliers du fait des nouvelles réglementations de protection des piétons et les efforts de recyclage des gaz d'échappement, qui, en outre, relèvent les exigences de robustesse face aux produits agressifs à haute température...

Et de nouveaux défis apparaissent : la résistance aux attaques des biocarburants figure désormais en bonne place dans les objectifs de recherche des chimistes et plasturgistes.

Malgré des progrès continus, les plastiques ont encore des points faibles en termes de précision dans le dimensionnement des pièces, de vieillissement ou encore de recyclabilité. De leur côté, les métallurgistes ne sont pas restés les bras croisés : eux aussi ont fait des prouesses en offrant des pièces plus légères et plus résistantes, mieux protégées contre la corrosion, etc. « Nous n'avons pas de religion en faveur d'un matériau », prévient Louis David, le responsable matériaux et procédés chez PSA, qui ajoute : « Notre volonté n'est pas de faire une voiture en plastique, mais une voiture qui s'allège. » Les protagonistes sont prévenus : la compétition peut continuer. .

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