Les composites dans l'industrie automobile

Si à ses débuts, il y a plus d'une centaine d'années, une automobile était constituée principalement de bois et d'acier, aujourd'hui elle rassemble de nombreux matériaux appartenant aux grandes familles suivantes :

• matériaux ferreux : fontes, aciers, tôles (environ 62 % de sa masse) ;

• matériaux non ferreux : aluminium (fonte et tôle), cuivreux, magnésium (environ 9 %) ;

• matériaux minéraux : verre, céramique (environ 4 %) ;

• matériaux organiques : environ 25 %, répartis en moyenne de la manière suivante :

  • 4 % : élastomères,

  • 6 % : peintures, adhésifs, textiles, fluides,

  • 15 % : matériaux plastiques, thermoplastiques (TP) ou thermodurcissables (TD).

Selon les véhicules, ces 15 % peuvent varier de 10 à 20 % et se répartir dans les différentes fonctions constitutives d'un véhicule de la manière suivante :

• équipement intérieur ou habitacle : 50 %,

• applications extérieures : 30 à 35 %,

• pièces sous capot : 15 %,

• pièces de structure : 0 à 5 %.

À noter que le pourcentage d'utilisation des matériaux plastiques n'a cessé de croître depuis le milieu des années 50/60, il était de 6 % dans les années 60/70.

Aujourd'hui, en moyenne 15 % pour un véhicule moyen de 1 300 kg, cela représente environ 200 kg / véhicule de « matériaux plastique ».

Cette évolution est due au fait que le choix d'un matériau donné pour une application donnée oblige à une confrontation de solutions afin de rechercher le meilleur couple matériau/procédé de fabrication d'une pièce en tenant compte de nombreux critères : des critères techniques et industriels liés à la capacité et à la disponibilité des moyens industriels, des critères économiques liés au coût des matériaux et aux coûts de production et enfin des critères sociaux guidant les orientations des choix du client final.

Les matériaux composites sont apparus dans l'industrie automobile au milieu des années 1950. À cette époque, les matériaux et les procédés de transformation étaient peu nombreux : essentiellement des matrices polyesters thermodurcissables renforcées par des fibres de verre courtes, mises en œuvre manuellement dans des moules ouverts ou fermés suivant le procédé SMC (Sheet Moulding Compound).

Au XXIe siècle, de nombreux matériaux et procédés de transformation sont à la disposition des concepteurs.

Les matrices peuvent être thermoplastiques (polypropylène, polyamide, polyuréthanne,....) ou thermodurcissables (polyester, vinylester, époxy, polydicyclopentadiène,....).

Les fibres de renforcement peuvent être en verre, aramide, carbone, thermoplastique, voire végétales, utilisées sous forme coupée courte ou longue, continue, tissée, tressée, tricotée......

Selon le type de matrices utilisées, TP ou TD, les procédés de mise en œuvre sont très variés :

• injection (RTM – Resin Transfer Moulding, BMC-Bulk Moulding Compound, RIM – Reaction Injection Moulding) ;

• compression et formage (SMC – Sheet Moulding Compound, GMT – Glass Mat Thermoplastic, TRE – Thermoplastique Renforcé Estampable) ;

• pultrusion ;

• enroulement filamentaire ;

• infusion sous vide.

Les procédés en moules fermés et l'utilisation de résines contenant peu de styrène sont aujourd'hui privilégiés afin de réduire les émissions de composés volatils dans les ateliers (pour le styrène la limite maximale est de 20-200 ppm, voire 20-25 ppm dans certains pays).