Journée « Technologies et outils pour l’allègement des véhicules » organisée par ID4CAR

Aux Arts et Métiers ParisTech (Angers) se tenait le 14 novembre 2017 une journée « Technologies et outils pour l’allègement des véhicules ». Organisée par la plateforme ID4CAR, en collaboration avec EMC2, Carnauto et Arts et Métiers, cette journée réunissait les industriels du domaine (constructeurs et équipementiers), des sous-traitants de la filière, des laboratoires et centres techniques impliqués dans cette problématique de l’allègement.

Les conférences techniques présentées permettaient d’avoir une vision d’ensemble des besoins et des solutions matures ou en rupture dans les matériaux composite, polymère et métallique.

Conférence sur l’allègement dans l’automobile-ID4Car, 14 Novembre 2017, Arts et Métiers ParisTech

Pascal LIGOT, Responsable domaine allègement PTEC chez PSA/Excelcar a communiqué sur les besoins de la filière automobile. Il a rappelé l’objectif de réduction d’émission de C0₂ de 95 g/km en 2021 dans l’Union Européenne. Les 3 leviers principaux identifiés sont la réduction des épaisseurs de pièce, la substitution part des matériaux à faible masse volumique et la réduction des surfaces de pièces.

Laurent GUILLAUMAT, professeur des Universités à Arts et Métiers, a énoncé les progrès des composites dans l’aéronautique et la formule 1. Il a explicité le concept de « Black Métal », écueil consistant à reconcevoir une pièce composite à iso-géométrie de la pièce métallique reconçue.

Patrick HAIRY de CTIF, a développé son propos autour des innovations et outils disponibles dans les matériaux métalliques et en fonderie plus spécifiquement. Autour du fil conducteur de la fonderie sous pression aluminium, massivement utilisée dans l’automobile, ont été présentées deux innovations technologiques (le magnésium et les alliages ductiles pour les pièces de structure) et deux outils (la meilleure prise en compte des imperfections internes pour le dimensionnement des pièces en dynamique et l’optimisation topologique pour une conception en rupture des pièces et sous-ensembles automobiles).

Alain ROUSSEAU d’IPC Laval a listé diverses expériences d’allègement sur des pièces composites. Au « full composite », souvent problématique car onéreux, il préfère une hybridation des matériaux avec par exemple sur une même pièce un insert métallique (permettant de souder la pièce), un composite fibre de carbone (en zone sollicitée) et un polymère. IPC Laval utilise le plus souvent un couplage « matériau/process/simulation » pour concevoir et dimensionner les pièces développées.

Une visite des laboratoires des Arts et Métiers ParisTech Angers a été l’occasion, en début d’après-midi, de découvrir les différents ateliers du campus (banc d’essais de fatigue sur grande pièce intégrant une enceinte climatique, atelier de transformation des métaux et polymères et composites).

Philippe CASTAING et Clément CALLENS du CETIM Nantes ont présenté la plateforme du procédé QSP (Quilted Stratum Project) qui permet de réaliser des pièces en composites avec une gamme opératoire très complète intégrant « en ligne » la pultrusion (fabrication de bandes de composites), la découpe de préformes par ultrasons, l’assemblage automatique de ces préformes pour réaliser une forme complexes (bandelettes empilées), le chauffage de cette préforme (par conduction puis infra-rouge à 250°C) en enfin la mise en forme finale sur une presse verticale de 500 tonnes.

Enfin, Philipe LEMARCHAND, responsable de production chez Labbé (groupe Gruau), spécialiste de l’aménagement intérieur de véhicules utilitaires (camions, …) à l’aide de structure de renforts sur mesures (métal, polymères, ..) a partagé son retour d’expériences sur le gain de poids obtenu suite à un projet de recherche. Un important travail de caractérisation (gauges de contraintes,  …) sur véhicules a été réalisé pour mieux connaître les efforts en conditions réelles (décélération brutale de 100 km/h à l’arrêt, rond-point, route dégradée, …) sous différentes charges (à vide, 100% de charge, 150 % de charge) et recaler les simulations numériques (sous ANSYS). Dans le cadre de ce projet une base de données du comportement du véhicule utilitaire a été créée. Les solutions d’allègement seront confirmées sur banc d’essai puis sur une pré-série de 100 exemplaires en circulation pendant 1 an avant d’être déployées sur les véhicules de séries des clients de Labbé/Gruau.

Intégration de fonctions et hybridation : un duo gagnant
En conclusion, il a été noté par de nombreux intervenants, qu’au-delà de l’allègement proprement dit, les solutions abouties (et viables industriellement) passent souvent par une reconception complète du design pièce (bien loin du « Black Métal ») et l’intégration de fonctions supplémentaires. L’hybridation de différents matériaux (métallique + composite + …) sur une même pièce semble également une piste intéressante qui permettrait de tirer le meilleur parti des différents matériaux (allègement, facilité de soudage et bas coût, …).

Pour plus d’informations sur cette journée, n’hésitez pas à contacter Patrick Hairy