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L'industrie se réinvente pour la fibre de carbone

cLUDOVIC FERY lfery@industrie-technologies.com

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Après les écuries de formules 1, les voitures en matériaux composites s'apprêtent à intégrer le garage de Monsieur tout le monde. Alors que BMW joue la rupture avec son véhicule électrique « 100 % carbone », les fabricants d'avions et d'éoliennes se lancent aussi dans la course à l'automatisation de leurs procédés d'intégration du composite.

Réduire le poids du véhicule électrique sans sacrifier la sécurité est un défi pour l'industrie automobile... que la fibre de carbone est en passe de relever. Le matériau s'avère aussi résistant que l'acier et l'aluminium, tout en étant 30 % plus léger. La nouvelle Audi A6 Hybrid présentée au dernier salon automobile de Genève l'associe à l'acier et à l'aluminium dans sa carrosserie. BMW va plus loin sur son premier véhicule 100 % électrique qui sera exposé fin mars au JEC Composites Show de Paris. L'i3, c'est son nom, dispose d'un habitacle intégralement construit en plastique renforcé en fibres de carbone (PRFC). L'allègement conséquent qui en découle a permis de réduire la taille de la batterie sans perte d'autonomie.

L'injection de la résine sous haute pression se fait in situ

BMW construit les habitacles en PRFC sur son site de Landshut. SGL, son partenaire industriel, lui fournit les rouleaux de fibre de carbone pure. Souple comme un tissu, la toile composite est déroulée et découpée en pièces de la taille des éléments de l'habitacle. Ces ébauches sont ensuite passées dans des moules chauffés dans lesquels elles acquièrent leur structure tridimensionnelle finale. Les différentes pièces de l'habitacle sont alors assemblées. Vient ensuite l'étape d'injection de la résine sous haute pression (RTM) qui donne sa rigidité à l'ensemble. Pour réduire ses cycles de production, BMW a préféré cette technique à la pultrusion, qui consiste à imprégner la fibre de carbone avant de lui donner la forme désirée. Mais le constructeur a dû pour cela investir dans des gigantesques presses dédiées à l'injection de la résine.

L'automobile ne fait pas exception. Dans les autres secteurs, l'exploitation de la fibre de carbone passe aussi à la vitesse supérieure. D'ici 2019, les constructeurs aéronautiques auront à fournir environ 26 000 avions de ligne et de transport de marchandises, soit en moyenne deux avions assemblés chaque semaine contre un aujourd'hui. À l'instar de BMW, Boeing et Airbus s'intéressent aux propriétés du PRFC. Pour l'instant, la compétitivité du matériau reste limitée car il est impossible de produire les angles et les courbes du fuselage autrement qu'à la main. Brötje-Automation pourrait rapidement changer la donne : l'entreprise allemande est la première à avoir robotisé la fabrication de pièces de fuselage en PRFC. Son procédé a déjà retenu l'attention d'Airbus qui compte l'employer pour la construction de l'A30X et de l'A350-1000. Des aménagements intérieurs à base de fibres de carbone pourraient aussi participer à l'allégement des avions. L'américain Cutting Dynamics fabrique, à partir du composite, des dossiers et des armatures pour sièges par une technique de moulage à grande vitesse à 300 °C. Pratiquement, la fibre est imprégnée de polysulfure de phénylène, une résine thermoplastique haute performance. Chauffé, le matériau devient modelable en structures géométriques aussi complexes que les armatures creuses des fauteuils d'avion.

Bientôt une ligne de fabrication des pales automatisée

Les fabricants d'éoliennes sont confrontés aux mêmes enjeux d'augmentation de la demande. Ils s'attendent à tripler leur production de pales dans la prochaine décennie. Plusieurs constructeurs font déjà appel à la fibre de carbone pour construire des pales de grande envergure. Là aussi, certaines étapes sont encore faites à la main : applications de films et d'adhésifs, sablage, peinture... mais pour combien de temps ? Gamesa, l'un des leaders mondiaux du marché implanté en Espagne, met la touche finale à une ligne de fabrication des pales entièrement automatisée.

Le JEC en sera la preuve : les industriels rivalisent d'inventivité pour proposer des outils de production plus rapides et performants pour que la fibre de carbone soit intégrée facilement aux produits. Mais le composite n'a pas la fibre écolo. Le pas suivant se prépare : les biocomposites, baptisés ainsi parce qu'ils intègrent des ressources renouvelables (comme le lin ou le chanvre), aiguisent aussi les créativités. Ils seront bientôt, à leur tour, suffisamment matures pour s'introduire dans les lignes de production de masse.

UN HABITACLE 100 % CARBONE

Disponible à l'horizon 2013, la première voiture 100 % électrique de BMW intègre une batterie lithium-ion d'un poids de 250 kilogrammes. Elle est supportée par le châssis en aluminium sur lequel repose l'habitacle passager en plastique renforcé en fibres de carbone (PRFC). Une première. Jusqu'ici, le constructeur automobile limitait son intégration à certaines pièces comme le toit et le support de pare-chocs de ses modèles M3 et M6.

LES CHIFFRES

43 000 tonnes de fibres de carbone ont été consommées en 2010. 350 000 le seront en 2020 SOURCE : JEC

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