Polymères : Des petits détails qui font toute la différence

Changement de braquet pour les plastiques

Comment voyagerons-nous demain ? En voiture volante, comme on nous le promet depuis plus de cent ans ? En train supersonique ? En avion solaire ? Peut-être, mais ce n’est pas encore pour tout de suite… A l’instar du monde informatique, l’évolution des modes de transport se fait par implémentation, pas à pas, au rythme de l’évolution de l’intelligence artificielle, mais pas seulement. En effet, du côté des producteurs de matières plastiques, les choses évoluent également très vite. Si le véhicule autonome est un objectif sérieux, le véhicule propre, soucieux de l’environnement, en est un autre, tout aussi important bien que moins spectaculaire. Et dans ce domaine, les polymères ont toute leur place. Mieux encore, en remplaçant de façon souvent surprenante un bon nombre de métaux, ils sont désormais incontournables.

Les polymères sortent de l'ornière

Les polymères ont fait leur entrée dans tous les secteurs du transport depuis fort longtemps. Ces dernières années, les choses s’accélèrent, puisque l’allègement des véhicules est désormais un facteur déterminant pour contribuer à la réduction du CO2, à l’allongement de l’autonomie et donc à la baisse de consommation de carburant. Tous les acteurs de la filière essaient de gagner du poids grâce à l’emploi de nouveaux matériaux plastiques toujours plus légers et toujours plus résistants. Certains constructeurs automobiles, en collaboration avec les industriels de la chimie, vont même plus loin et développent des plastiques injectables issus de ressources renouvelables. Ils étudient aussi des alliages à base de polymères chargés de fibres naturelles.

Les polymères modernes, comme le PolyEtherEtherKetone (PEEK), offrent de nouvelles résistances aux chaleurs extrêmes, aux radiations, aux pressions mécaniques, etc. Surtout, ils sont d’une très grande légèreté. Il existe également des polymères autorégénérants, des polymères détecteurs de toxines, absorbeurs de gaz, conducteurs d’électricité, etc. Les plastiques deviennent ainsi polymorphes et intelligents. Ils sont désormais des matériaux de premier ordre, en particulier dans les secteurs de l’aéronautique et de l’automobile.

Virage sur l'aile pour les résines

Dans l’industrie aéronautique, par exemple, l’heure est aux changements radicaux, toujours pour respecter les mêmes impératifs, d’ailleurs intimement liés : l’allègement pour réduire la consommation de carburant et donc l’empreinte carbone. Actuellement seuls les matériaux composites, grâce aux polymères, sont capables de résoudre les problèmes que pose la chasse aux kilos superflus. Ces alliages, à base de fibre de carbone, par exemple, constituent déjà 50% des matériaux utilisés pour la construction des derniers modèles d’avions, comme l’A350 d’Airbus. Il ne s’agit que d’un premier pas, l’objectif étant de monter au moins à 60% voire davantage dans les dix à quinze prochaines années. Un avion 100% composite n’est, cependant, pas pour tout de suite. Le métal est encore ce qui coûte le moins cher pour fabriquer des pièces qui doivent résister à de fortes chaleurs, comme celles des réacteurs.

Cependant, quelques pourcentages par-ci par-là de composites permettraient de réduire le poids de l’appareil de plusieurs tonnes et d’économiser des dizaines de milliers de tonnes de kérosène sur la durée de vie d’un avion. Cevotec, une jeune entreprise allemande, travaille sur un système pour automatiser la pose de fibres de carbone à des endroits sensibles ou difficiles d’accès, les hublots par exemple. Le régime minceur des avions se traduit aussi par des changements moins étincelants mais tout aussi importants qui passent par la conception de nouveaux sièges ou de nouveaux chariots de nourriture tirant parti des qualités des polymères.

La vielle hélice met les gaz

14 000 commandes ! C’est le tour de force réalisé par le consortium franco-américain Safran/General Electric avec leur nouveau moteur d’avion baptisé Leap. Un moteur destiné aux moyen-courriers d’Airbus et de Boeing. Loin de se reposer sur ses lauriers, le français Safran passe déjà au banc d’essai son prototype de moteur du futur et, par là même, réinvente la bonne vieille hélice. Une innovation de rupture qui permettrait de réduire la consommation de carburant de 15% par rapport aux moteurs actuels. L’« open rotor », c’est son nom, se compose notamment d’un couple de grandes hélices de 4 m de diamètre en matériaux composites, qui tournent, à l’air libre, dans le sens inverse l’une de l’autre.

Ce type de moteur, bien plus grand que les réacteurs actuels, a vocation d’être installé en queue de fuselage ; c’est donc toute l’architecture des avions qui sera à revoir. Mais qui dit avion à hélices dit bruit généralement assourdissant… Or, selon Safran, le bruit de l’« open rotor » serait équivalent à celui du moteur Leap grâce notamment au design de ses pales. Celles-ci sont fabriquées en 3D par des métiers à tisser dérivés de l'industrie textile. Quant au matériau composite à base de fibres de carbone, il est suffisamment souple pour supprimer toutes les vibrations spécifiques aux moteurs à hélices.

Démarrage au quart de tour pour les composites

On planche également dans l’industrie automobile. Et notamment sur les prochaines générations de voitures électriques tant promises, mais dont l’efficacité écologique reste à démontrer si l’on tient compte du cycle de vie du véhicule en intégrant celui de ses fameuses batteries… En attendant, la démocratisation de la fibre de carbone est en marche ! Une véritable filière industrielle s’est développée autour du carbone, poussée par la nécessité de réduire les émissions de CO2. En effet, la réduction du poids d’un véhicule est un excellent moyen d’améliorer son bilan carbone : 100 kg en moins sur la balance, c’est une réduction d’environ 10 g/km de CO2 par véhicule.

Du coup, les constructeurs ont investi dans de nouvelles usines pour produire à grande échelle des matériaux composites à base de fibres de carbone imprégnées dans une résine polyester, ou époxy, abaissant d’autant son prix de revient.
Précurseur du genre, l’italien Alpha-Roméo a trouvé le moyen d’associer ce matériau composite à de l’aluminium pour concevoir le châssis de sa 4C. Les pièces de carrosserie sont réalisées dans un composite combinant le polyester et la fibre de verre. Les vitres sont, quant à elles, en polycarbonate. D’autres prestigieux constructeurs comme Lamborghini ou BMW suivent la même voie, le premier pour ses modèles ultrasportifs et le second pour ses véhicules électriques.

Le sea bubble mène sa barque

Le transport fluvial n’est pas en reste… Avec le Sea Bubble, c’est en France, à Paris, qu’une véritable petite révolution s’opère. Soucieuse de voir baisser la pollution, la Mairie de Paris a signé un accord avec la toute jeune société Sea Bubbles qui a mis au point cet étonnant navire. Il s’agit d’un petit bateau électrique et autonome volant littéralement à la surface des flots grâce à deux dérives nommées « foils ». Lorsque l’engin accélère et atteint 6 nd (11 km/h), il s’élève au-dessus de l’eau par un phénomène de portance hydrodynamique, tandis que les hélices des moteurs électriques restent immergées. Autre nouveauté, ce bateau sera mis à la disposition du public à l’instar des voitures en libre-service. Pour sa fabrication, l’inventeur du Sea Bubble a fait appel au suisse Decision, un spécialiste des matériaux composites. Des raisons économiques ont fait préférer la fibre de verre, laquelle est toutefois imprégnée d’une résine époxy biosourcée.

Le fabricant espère à terme pouvoir utiliser une fibre de bambou pour améliorer le bilan carbone de son embarcation. Tout dépendra du succès des premiers navires. Et cela semble bien parti. Des pays comme l’Inde, les Pays-Bas, Singapour ou même la Russie, et surtout de grandes cités : Dubaï, Bangkok, Genève, Tokyo, Londres et Melbourne suivent de très près ce qui se passe à Paris.