4 avril 2017

La compétition entre acier, aluminium et composites continue de plus belle !

Lors du congrès « Multimatériaux pour l'allègement » de la Société des Ingénieurs de l’Automobile des 29 et 30 mars derniers, les présentations de Renault et PSA ainsi que celles de différents équipementiers et start-ups ont montré les nombreux potentiels à court et moyen termes apportés par des innovations continues dans les alliages métalliques et les composites.

Les qualités des aciers sont continuellement améliorées...

La part d’acier UHLE était en moyenne de 3 % sur les coques du groupe PSA dans les années 2000, puis a passé à 11 % vers 2014-2015 et l’objectif pour 2018 est de 26 %. Daniel Couratin, Maître Expert « Caractéristiques et process métalliques » chez Renault, insiste sur les extraordinaires progrès accomplis dans la technologie des aciers : « Leur résistance mécanique est passée de 400 MPa à plus de 2000 MPa en 20 ans et nous disposons maintenant d’aciers pour emboutissage à chaud et d’outils de simulation. L’acier a aussi l’avantage de rester relativement bon marché. »

Selon ArcelorMittal, le potentiel d’allègement est encore de 86 à 100 kg sur un véhicule de milieu de segment en accroissant la part d’aciers emboutis à chaud, pour une augmentation de 7 % du coût, soit une valeur acceptable de 1 $/kg. Henri Guyon, responsable du développement de produits nouveaux pour le secteur Automobile chez ArcelorMittal : « Entre la première et seconde génération de notre produit Usibor, la résistance mécanique passera de 1500 à 2000 MPa et procurera un allègement de 10 %. Quant aux aciers ductiles notamment utilisés pour absorber les collisions, le Ductibor 450 sera rejoint par les Ductibor 500 et Ductibor 1000 avec une diminution de masse potentielle de 15 à 20 %. » ArcelorMittal compte développer ses aciers MartiNsites pour 2017-2018. Henri Guyon annonce également de prochaines innovations : « Les aciers présentent encore des potentiels d’amélioration. La 3ème génération en développement s’orientera soit vers des limites mécaniques de 2500 MPa, soit vers plus de résistance et de ductilité, ce qui est plus probable. Ces challenges doivent se réaliser en collaboration avec les constructeurs et équipementiers de rang 1. »

…mais celles des alliages d’aluminium également

Le groupe PSA a un objectif de 5 % d’aluminium dans les caisses en blanc pour 2018 alors que cette part n’était que de 1 % en 2015. Le constructeur utilise déjà ce métal léger pour le capot moteur et les ailes avant et compte produire à l’avenir des panneaux de porte puis des toits en aluminium.

Constellium estime que l’aluminium n’est pas utilisé à son plein potentiel. Il n’y a que deux familles d’alliages léger principalement utilisées pour les tôles d’automobile : les séries 5000 et 6000 offrant une limite élastique maxi de 150 et 350 Mpa respectivement et une série 6000 à 450 MPa qui doit être emboutie à tiède, soit entre 250 et 350 °C. Sabine Philipe ingénieur du centre R&D de Constellium : « Nous pouvons maintenant proposer le 7000 Ultralex qui a une limite élastique atteignant 600 MPa avec un allongement allant jusqu'à 20-25%. C’est un alliage pour emboutissage à chaud, comme certains aciers. »

Les thermoplastiques visent de nouvelles pièces

La part des thermoplastiques est stable dans l'automobile depuis quelques années et une augmentation de cette part ne viendra que par une pénétration dans d'autres types de pièces. La société Plastic Omnium a par exemple développé une poutre transversale avant en composite hybride thermoplastique. Faurecia a présenté le NAFILite, un matériau biosourcé micro-cellulaire utilisant des fibres de chanvre. Laurence Dufrancatel, responsable « Innovation Matériaux » : « Le NAFILite donne un allègement de 15 % par rapport au meilleur matériau actuel, un polymère renforcé de fibres longues, et de 30 à 40 % comparé aux polymères courants. Nous avons validé cette matière pour un panneau supérieur de planche de bord. »

En première mondiale, le groupe PSA et Plastic Omnium ont validé un plancher avant en composite qui sera utilisé sur la prochaine plateforme de segment A et B, annoncée pour 2019/2020. Sa rigidité est obtenue par les différentes ondulations de chaque pièce collées et rivetées entre-elles. Ce plancher de 25 kg, qui remplace le traditionnel en acier constitué de 34 éléments, abaisse la masse de la voiture de 8 kg.

Cédric Combemorel, vice-président R&D de la division châssis et équipements chez PSA Peugeot Citroën, indique en conclusion : « L’augmentation de résistance des aciers combinée aux optimisations de conception a permis d’alléger la coque en blanc pour une somme restant économiquement abordable. Les coûts pourraient s’envoler très vite en faisant appel à l’aluminium et surtout aux composites si leur emploi n’est pas maîtrisé. ». Daniel Couratin conclut pour Renault : « L’aluminium est une voie d’allègement mature qui va aider à atteindre les objectifs de masse nécessaires alors que nous suivons de près les développements des alliages de magnésium et des composites. »

Ces évolutions seront détaillées dans notre prochain dossier.


  Yvonnick Gazeau

Haut de page