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Quotidien des Usines

Les thermoplastiques à la conquête de la carrosserie

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Publié le

Plusieurs modèles de véhicules, chez Renault, Mercedes, Rover, Volkswagen, Chrysler, sont aujourd'hui équipés d'ailes en thermoplastique. Avantages : une plus grande liberté de design et une excellente tenue aux petits chocs. Des développements de bon augure pour l'avenir des plastiques dans la carrosserie.

 


Gérard Maeder, le Monsieur Matériaux de Renault, ne manque jamais l'occasion de faire son petit numéro : pour montrer la résistance d'une aile de voiture en plastique, il saute à pieds joints dessus. L'aile s'écrase, bien sûr, puis reprend sa forme initiale sans montrer de dommages apparents. Depuis ses premiers pas dans l'aile en plastique, avec une série de 50 R5 GT Turbo en 1987, le constructeur de Billancourt est devenu le champion de ce type de pièces. Après la Clio 16S (100 véhicules par jour) et la Scénic (1 400 véhicules par jour), il vient de confirmer son choix avec la nouvelle Clio, lancée en mars à la cadence de 2 500 véhicules par jour. Et Renault fait désormais école, puisque les ailes de la fameuse Classe A de Mercedes sont elles aussi en plastique, de même que celles du 4 x 4 Freelander de Rover et de la New Beetle de Volkswagen. Toutes ces pièces sont en Noryl GTX, un alliage de polyamide (PA) et de polyphénylène éther (PPE) fabriqué par General Electric Plastics. Un thermoplastique dont la tenue en température lui permet de passer dans les bains de cataphorèse (à 150-170 °C). Et, dans le cas de la Scénic et de la nouvelle Clio, il s'agit d'un grade spécial, le Noryl GTX 974 , rendu conducteur par introduction de noir de carbone. La pièce en plastique peut ainsi être mise en peinture selon le procédé de dépose électrostatique utilisé dans l'automobile. Dès la sortie du moule d'injection, l'aile en plastique est traitée exactement comme une aile en tôle. Aucune couche d'apprêt n'est nécessaire, puisque l'alliage est intrinsèquement conducteur. La seule différence intervient au niveau du ferrage de l'aile sur le véhicule. En effet, le Noryl, comme la plupart des autres plastiques, présente un coefficient de dilatation dix fois supérieur à celui de l'acier. Du coup, lors du passage en cataphorèse, l'aile s'allonge d'une dizaine de millimètres dans sa plus grande longueur. Pour résoudre le problème, Renault a dû inventer une nouvelle technique de ferrage.

Plusieurs arguments avancés pour le choix du plastique

Au niveau de la porte avant, l'aile est bridée par des fixations dites " positives ", de type vis ou écrou, identiques à celles utilisées en tôlerie. Les autres parties de l'aile sont seulement prépositionnées grâce à des fixations dites " glissantes ". Ainsi, lors de la dilatation du plastique, la pièce peut avancer librement vers l'avant, et revenir ensuite à sa position initiale sous l'effet du refroidissement. Dans le cas de la Scénic, Renault avance plusieurs arguments pour justifier son choix du plastique pour les ailes avant. Une question de poids, d'abord : " La standardisation des organes mécaniques avec le reste de la gamme Mégane imposait d'alléger le véhicule ", explique Bernard Hochon, responsable du projet. Une question de design, aussi : " Pour réaliser la même aile en tôle, il aurait fallu quatre gammes d'outillages différents pour emboutir quatre pièces assemblées ensuite par soudage. " Enfin, de résistance au choc : en cas d'accident, l'aile, surtout la droite, est l'une des pièces les plus touchées. Mais " les critères de choix du plastique peuvent varier d'un constructeur à l'autre ", souligne Jean-Louis Vaysse, directeur technique automobile chez Plastic Omnium, l'équipementier qui moule une partie des ailes de la nouvelle Clio, ainsi que celles de la Classe A, du 4 x 4 Freelander et de la New Beetle. Pour la New Beetle, c'était avant tout une question de style : VAG voulait faire revivre le mythe de l'ancienne Coccinelle. Pour la Classe A, il y avait à la fois le poids et l'image, Mercedes voulant apporter une touche d'innovation supplémentaire au véhicule. Enfin, chez Rover, le poids est cité comme critère numéro 1, et l'investissement en numéro 2. " Une aile en Noryl coûte, hors amortissement des investissements, entre 30 et 50 % plus cher qu'une aile en tôle ", estime Jean-Louis Vaysse. En contrepartie, elle apporte un gain de poids de 50 à 60 % par rapport à l'acier. Sans compter l'amélioration de la résistance au choc. " L'aile avant de la Classe A a passé avec succès le test Daner à 15 kilomètres à l'heure. A titre de comparaison, une aile en tôle est jugée irréparable au- delà de 5 kilomètres à l'heure. Mais, si l'on prend en compte l'investissement en outillage, divisé par trois, le plastique revient moins cher que le métal pour des séries inférieures à 1 000 pièces par jour. Un point mort qui ne cesse d'évo-luer vers des séries plus grandes. Pré-cisons que la Clio 2 est produite à 2 500 exemplaires par jour, mais sur deux sites différents, ce qui justifie un deuxième outillage. En revanche, le cycle de moulage du Noryl est d'environ une minute, contre dix secondes pour la frappe d'une pièce en tôle. Enfin, si l'on considère non plus la pièce, mais la fonction, l'écart entre le plastique et le métal s'amenuise. Par exemple, pour réaliser des crochets de fixation sur une aile en plastique, il suffit de modifier légèrement le moule, alors que, avec la tôle, le crochet est fabriqué séparément - ce qui nécessite une gamme d'outils spécifique - puis soudé sur l'aile. D'autres gains de productivité restent encore à trouver. " Mais, pour aller vraiment plus loin, il faudra repenser la conception même de l'automobile ", estime Jean-Louis Vaysse. Dans cette optique, Plastic Omnium vient de présenter son projet Oscar, dans lequel tout l'avant du véhicule est divisé en quatre modules rassemblant cinquante à soixante fonctions et faisant appel, bien sûr, à un maximum de matériaux synthétiques, et pas seulement à des thermoplastiques. Résultats espérés de ce " scénario de rupture " : réduction de 30 % des investissements et du poids, simplification de l'assemblage, etc. Reste à convaincre les constructeurs !

Le Noryl est le seul matériau qui tolère la cataphorèse

Le Noryl GTX serait-il devenu incontournable, en carrosserie extérieure ? Tout dépendra de l'évolution des techniques de mise en peinture dans l'automobile. Pour la peinture, le Noryl est actuellement le seul matériau qui tolère la cataphorèse. Mais il existe d'autres schémas industriels. En effet, les constructeurs montent les pièces avant la cataphorèse, un traitement anticorrosion inutile pour le plastique, dans le seul but de ne pas compliquer leurs chaînes. Mais rien n'empêche de les monter après. C'est ce que fait Mercedes, dont les bains travaillent à plus haute température. " Dans ce cas, on peut envisager d'utiliser des matériaux de type PC/ABS ou PP évolué. " Ainsi, pour la carrosserie de la Smart, MCC a sélectionné un alliage PC/PBT (Xenoy). Le matériau est livré par GE Plastics et, les panneaux de carrosserie sont moulés par Dynamit Nobel. " La carrosserie comportera sept pièces en plastique - le pare-chocs arrière, le hayon arrière, les deux portes, les deux ailes avant et le capot -, soit environ 10 kilogrammes de Xenoy par véhicule ", précise Patrick James, directeur automobile France chez GEP. Dans cette application, les pièces sont teintées dans la masse puis introduites dans une chaîne de vernissage à basse température (85-90 °C). La coloration dans la masse est possible également avec des plastiques différents du Xenoy. Chrysler vient d'en apporter la démonstration aux Etats-Unis, au salon de Detroit, avec la carrosserie de la Plymouth Pronto Spyder, constituée de panneaux en PET injecté et teinté dans la masse. D'après le constructeur américain, " cette technologie a permis de réduire les coûts de fabrication de 80 % par rapport à une carrosserie en tôle ".



Les problèmes d''écart de dilatation

L'écart de dilatation entre plastique et métal pose un problème lorsque la carrosserie est exposé au soleil. " Il faut gérer soigneusement les interfaces des pièces en plastique avec les parties métalliques ", explique-t-on chez Plastic Omnium. A ce niveau, on ne tolère que quelques dixièmes de millimètre de jeu. C'est donc le reste de la pièce qui doit " encaisser " la dilatation. Mais le phénomène doit être contrôlé de façon que la pièce se déforme de manière homogène. Au centre technique de Plastic Omnium, à Oyonnax, on utilise la simulation sur ordinateur pour mieux prendre en compte ces déformations dès la conception en CAO de la pièce.



Le hayon de la classe A

La peau du hayon arrière de la Classe A est en Noryl GTX. Après mise en peinture, du ton de la caisse, la peau du hayon est collée sur une structure interne en PP renforcé de 40 % de mat de verre (TRE : thermoplastique renforcé estampable). Sont intégrés dans cette structure les feux arrière, le moteur d'essuie-glace, les charnières, le système de verrouillage du coffre ainsi que le câblage électrique. Une fois que le module de porte est assemblé, le pare-brise est fixé sur la doublure interne. Les hayons sont fabriqués par Peguform à Bštzingen, en Allemagne. " Il s'agit du premier hayon entièrement en thermoplastique produit sur un véhicule de grande série ", précise-t-on chez GE Plastics. L'utilisation du Noryl GTX combiné avec le PP aurait permis de gagner 2 à 3 kilogrammes sur l'ensemble de la fonction. D'autres projets de hayon utilisant une technologie similaire sont à l'étude chez GEP.
 

 

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