Les plastiques : top team dans la course à l’allégement

Polymères : le coach minceur

Sujet récurrent mais passionnant, le secteur automobile est constamment passé au crible tant par la presse spécialisée que par la presse économique ou technologique. A plus forte raison en cette période inédite de confinement que vit actuellement le monde et qui voit les ventes de véhicules plonger à des niveaux abyssaux. Faut-il s’en alarmer, dans cette conjoncture si particulière ? Le coronavirus aura-t-il raison du changement de paradigme à l’œuvre chez la plupart des constructeurs automobiles ? Ce serait dommage, car, dans ce secteur, la révolution est en marche… En une décennie, les constructeurs ont radicalement modifié leur vision du futur de l’automobile.

Longtemps, les constructeurs se sont focalisés sur les moteurs qu’il fallait rendre toujours plus puissants puis, après les chocs pétroliers des années 1970, toujours moins gourmands en carburant. Largement mise à contribution pour les optimiser, l’électronique a permis de réelles baisses de consommation mais elle a ses limites… L’industrie automobile a donc pris le parti de mettre ses véhicules à la diète pour les rendre encore moins gloutons.

Les polymères s’imposent dans les intérieurs des voitures dès les années 1980. Leur facilité de mise en forme et leurs facultés à prendre toutes les teintes permettaient de folles audaces…

Elle s’est alors tournée vers les matériaux et plus particulièrement vers les polymères, bien plus légers que les métaux pour équiper, dans un premier temps, les intérieurs des véhicules. Le pari a été rapidement gagné, la qualité évidente des plastiques embarqués étant devenue un véritable atout. Les plastiques rigides ont laissé place aux plastiques moussés, soyeux, grainés, lisses, etc. Producteurs de matériaux et constructeurs n’ont eu de cesse, depuis, de proposer des polymères toujours plus valorisants, voire statutaires.

Ce que l’on pouvait faire à l’intérieur, on pouvait parfois le faire à l’extérieur. Dans les années 1980, les boucliers en plastique s’imposaient pour toutes les marques. Une décennie plus tard, le français Renault innovait en remplaçant le métal par du polyamide pour les ailes des premières générations de Clio. Parallèlement, c’est également au cours de cette décennie que les constructeurs commencèrent à s’attacher à l’empreinte écologique de leurs modèles en utilisant des plastiques recyclés. Des débuts timides, puisque ces pièces prenaient souvent place dans des parties pas ou peu visibles, comme les carters, les éléments de protection du moteur, voire, pour les plus ambitieux, les bas de portières. Peugeot innovait à son tour dans les années 2010 en équipant sa 208 du premier bouclier conçu à partir d’un polymère recyclé.

Aujourd’hui, les constructeurs partagent tous le même impératif : améliorer de façon drastique leur empreinte environnementale. Il n’est pas ici seulement question de CO2 car un moteur thermique émet d’autres particules polluantes, comme les oxydes d’azote par exemple. C’est pourquoi les marques électrifient peu à peu leurs gammes tout en continuant de les alléger.

Les premiers plastiques recyclés font discrètement leur entrée dans le monde de l’automobile au cours des années 1990. Vingt ans plus tard, PSA sera le premier constructeur à équiper l’un de ses modèles de boucliers en polymère recyclé.

Véhicules de demain : les polymères font le poids

L’électrification des véhicules est bien le sujet du moment chez les constructeurs, notamment les constructeurs européens. Ils sont désormais soumis à de très lourdes amendes si l’ensemble du parc commercialisé chaque année dépasse le seuil moyen de 95 g de CO2/km* (jusqu’au 1er janvier 2020, la norme était de 130 g). Aujourd’hui en Europe, les véhicules électriques ou hybrides représentent approximativement 6% des ventes, et ce chiffre est en hausse depuis déjà 3 ans. Pourtant, des freins subsistent. Les automobilistes craignent encore de ne pouvoir utiliser leur voiture pour de longs trajets. A juste raison car le réseau de bornes de recharge, même si sa croissance est constante, reste encore assez réduit. Surtout, on ne fait pas un plein d’électricité comme on fait un plein d’essence. Il faut compter une bonne trentaine de minutes dans le meilleur des cas.

Pour les constructeurs, la priorité est donc de tout mettre en œuvre afin d’accroître l’autonomie de leurs modèles électriques. Les batteries sont très lourdes et volumineuses et les multiplier à bord est impossible. Ainsi, l’histoire se répète et les constructeurs misent à nouveau sur les matériaux pour alléger toujours plus leurs voitures. Ce qui est vrai pour l’essence l’est aussi pour l’électricité : plus un véhicule est léger, moins il consomme et moins il a besoin de puissance pour se mouvoir. Dans un cas, il s’agit de le rendre moins polluant, dans l’autre, de lui faire gagner en autonomie.

Pourtant, les constructeurs savent depuis bien longtemps transformer un véhicule thermique en véhicule électrique. Il y a quelques années encore, ils se contentaient de supprimer le moteur thermique et de le remplacer par un moteur électrique. Les batteries prenaient place le plus souvent dans le coffre. Ces véhicules, de très faible autonomie, étaient surtout conçus pour la ville et c’était le plus souvent les services publics qui s’en portaient acquéreurs. Ce qui demeurait bien insuffisant pour relever les défis environnementaux et… pour convaincre des millions d’automobilistes.

* Règlement (UE) n° 333/2014 du Parlement et du Conseil du 11 mars 2014 modifiant le Règlement (CE) n° 443/2009 en vue de définir les modalités permettant d'atteindre l'objectif de 2020 en matière de réduction des émissions de CO2 des voitures particulières neuves.

Les marques automobiles ont donc changé leur fusil d’épaule et conçoivent désormais des véhicules véritablement optimisés pour accueillir un moteur électrique et son volume de batteries nécessaire. En moins de dix ans, l’autonomie des véhicules électriques s’est considérablement améliorée.

L’allègement est toujours un sujet d’actualité pour les véhicules électriques. L’objectif n’est plus de les rendre plus sobres pour moins polluer mais de les faire gagner en autonomie.

Les polymères en mode circuit continu

Pièces de carrosserie souvent en polypropylène, optiques de phares en polycarbonate car légers et très résistants, ABS, polyuréthanes et polyéthylènes installés dans l’habitacle, et, sous le capot, polyamide pour sa résistance aux températures élevées… Alors que les polymères sont déjà très présents, les constructeurs ambitionnent de réduire encore de moitié la masse des automobiles dans les décennies à venir.

Reste à trouver comment perdre encore concrètement du poids. Pas simple, même si l’idée d’une carrosserie, voire de structures de sièges en résine polymère et fibres de carbone est tentante. Mais le coût reste un obstacle. Pour le moment, seuls les constructeurs « premium » ont osé franchir le pas. Comme BMW qui, dans ses véhicules électriques i3 et i8, a conçu une coque à partir de ces matériaux. Pour y parvenir et lancer un procédé industriel satisfaisant, la marque a dû concevoir un robot révolutionnaire capable de coller automatiquement ces pièces.

Dans le domaine de l’allègement, l’évolution se fait désormais pas à pas, par implémentation, comme disent les professionnels, des procédés industriels. La plupart des plastiques qui y participent restent les mêmes. Certes, des polymères plus récents, comme le PEEK par exemple, sont porteurs de promesses pour leur résistance à des températures élevées et leur extrême rigidité, mais ils sont jugés encore trop onéreux.

De leur côté, les polymères continuent d’évoluer et, grâce à de nouvelles propriétés, prennent place désormais dans les moteurs.

Malgré cela, des avancées se profilent, puisque les ingénieurs passent au crible la plupart des pièces métalliques pour chercher le moyen de les remplacer par des polymères. C’est ainsi que l’équipementier Hutchinson remportait en 2017 le prix de l’innovation de la Society of Plastics Engineers pour la mise sur le marché réussie d’une variété de supports moteurs en polyamide. Une totale rupture avec l’aluminium utilisé jusqu’alors.

Les avantages de ces nouveaux supports, pièces mécaniquement très sollicitées, reposent bien entendu sur l’allègement de leur poids mais également sur l’amélioration de l’isolation vibratoire et acoustique de l’habitacle. Un ensemble de détails donc mais pas seulement car les bureaux d’études réfléchissent déjà aux véhicules d’après-demain et, grâce entre autres aux polymères, ils nous promettent des innovations autrement spectaculaires.