PLASTIQUES ET COMPOSITES DANS LES VEHICULES RENAULT

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G. de CASTELET et P. d'ARRIVERE

Le grave domaine de la technique n'est pas à l'abri des fluctuations de la mode et il n'est pas rare d'y constater de véritables engouements, dont certains, il est vrai, annoncent des révolutions importantes, mais dont d'autres sont sans lendemain ou presque.
Peu de sujets ont fait couler autant d'encre pendant ces dernières années que celui des carrosseries en stratifiés polyesters- fibres de verre, et il n'est sans doute pas de revue technique de l'automobile qui n'y ait consacré un ou plusieurs articles, faisant état de réalisations à petite échelle extrêmement encourageantes, et laissant entrevoir pour ce matériau nouveau un très brillant avenir. Après une période où de multiples essais ont été entrepris, d'autant plus nombreux que la mise en oeuvre du procédé ne nécessite pas d'installations importantes et se fait fort bien d une échelle quasi artisanale, il est intéressant d'essayer de faire le point, et de situer les qualités et les défauts des stratifiés, pour l'exécution d'ensembles ou d'éléments de carrosseries d'automobiles, par rapport aux matériaux usuels, c'est-à-dire aux tôles d'acier ou éventuellement d'alliages légers, embouties ou façonnées à la main.
Il doit rester bien entendu que la carrosserie, à laquelle cette étude succincte sera strictement limitée, ne représente qu'un des domaines d'application des stratifiés, qui dans d'autres domaines se trouvent en compétition avec des matériaux très différents tels que le bois pour les coques de bateaux, le verre ou le fibrociment pour les plaques ondulées de toitures ou le bambou refendu pour les cannes à pêche, matériaux pour lesquels les considérations qui vont suivre ne seraient évidemment pas valables.

Les avantages qui se manifestent dans l'utilisation du véhicule et qu'on peut à juste titre revendiquer en faveur des stratifiés, sont :

* La légèreté

On peut en effet obtenir l'équivalence de résistance à la rupture par traction ou à la fatigue en flexion alternée, par rapport à la tôle d'acier pour un poids environ moitié moindre, ce qui correspond à une épaisseur environ 2,5 fois plus forte.
II s'agit donc là d'un gain important, dont la portée ne doit cependant pas être surestimée en raison des deux considérations suivantes :

* La résistance au choc

A ce point de vue la supériorité des stratifiés sur la tôle est incontestable. En effet, un panneau de stratifié soumis à un choc cède sous l'effort puis revient à sa forme initiale sans déformation permanente, du moins tant que la contrainte subie ne dépasse pas la résistance du matériau. II en va tout autrement avec la tôle qui prend une déformation permanente sous des chocs même très faibles.
Si le choc est assez violent pour casser le stratifié les dégâts seront strictement localisés à la partie cassée sans qu'il y ait déformation permanente du reste du panneau et, de plus, la réparation sera beaucoup plus facile que celle d'une pièce en tôle.

* L'insonorité

Un panneau en stratifiés est par nature beaucoup plus insonore qu'un panneau de tôle.

* La résistance à la corrosion

Dans ce domaine aussi la supériorité des stratifiés est certaine en particulier en ce qui concerne la corrosion par l'air salin.

D'autres avantages concernent la construction du véhicule lui-même, ce sont :

* La facilité de fabrication

Il est en effet possible de reproduire à plusieurs exemplaires identiques, avec un outillage peu coûteux et dans un temps relativement court, la forme d'un modèle donné de carrosserie.

* La possibilité de coloration

Le stratifié, ou tout au moins la couche superficielle visible, peut être coloré par l'incorporation de pigments à la résine, dispensant ainsi de toute application ultérieure de peinture puisque la matière n'a pas besoin d'être protégée contre la corrosion
Ce dernier avantage ne peut toutefois pas encore être considéré comme complètement acquis, la coloration dans la masse posant encore des problèmes imparfaitement résolus et n'ayant pas encore égalé les qualités d'aspect d'une bonne peinture.

En regard des avantages que nous venons d'énumérer et qui, il faut le reconnaître, sont importants et ont pu faire prédire une révolution dans la fabrication des carrosseries, certains inconvénients sérieux expliquent le peu d'extension pris jusqu'à présent par ce procédé dans la construction automobile.

* Le prix

C'est la question capitale, car le rapprochement avec les procédés de fabrication classiques fait apparaître des écarts importants, dans un sens ou dans l'autre suivant le terme de comparaison choisi. Du point de vue de la matière, la comparaison de prix est toujours au désavantage des stratifiés. Pour être valable, elle doit être faite à résistance mécanique égale, c'est-à-dire dans l'hypothèse d'un stratifié environ 2,5 fois plus épais que la tôle, et par conséquent de poids moitié moindre. II n'est possible dans ce domaine de donner des prix précis car le coût du kilo de stratifié, qui remplace 2kg de tôle, varie suivant la nature de la résine et celle du tissu d'armature employé, suivant aussi la proportion de l'une et de l'autre. Grosso modo on peut dire que ce kilo de stratifié coûte 4 à 5 fois plus cher que le métal qu'il peut remplacer. Du point de vue de la main-d’œuvre, en revanche la comparaison se présente tout à fait différemment suivant que les pièces de tôle sont embouties ou façonnées à la main. Les temps de main-d’œuvre entrant dans la fabrication d'une carrosserie emboutie sont en moyenne au moins 10 fois plus faibles que ceux nécessaires à la confection de la même carrosserie en stratifiés. Même en tenant compte de l'amortissement de l'outillage d'emboutissage, qui grève relativement peu le prix de chaque pièce dans le cas d'une fabrication en grande série, la comparaison est écrasante pour les stratifiés. II n'en est pas de même si l'on prend comme terme de comparaison la tôle façonnée à la main.
II peut être plus rapide et plus économique d'exécuter à la main d'après un dessin une ou deux pièces de tôle plutôt que de les faire en stratifiés, en raison de la nécessité de la confection préalable d'un modèle et d'un moule dans ce dernier cas, mais à partir de 3 ou 4 pièces jusqu'à plusieurs dizaines, et même plusieurs centaines, les stratifiés permettent certainement une fabrication à la fois plus régulière, plus rapide et plus économique.

* Le défaut de rigidité

La simple comparaison des modules d'élasticité : 22.000 pour l'acier et 2.000 pour les stratifiés montre que ces derniers ne peuvent pas, même résistance égale, être substitués purement et simplement à la tôle dans les cas où interviennent des questions de rigidité. Ces cas se rencontrent, dans le domaine de la carrosserie, aussi bien lorsqu'il s'agit d'assurer une rigidité suffisante à de simples panneaux faiblement galbés que lorsqu'on envisage la rigidité de l'ensemble d'une structure telle qu'une coque autoporteuse. La rigidification de panneaux est relativement facile à assurer, sans alourdissement excessif, par l'adjonction de nervures sur la face non vue. Le problème n'est pas si simple quand on considère la rigidité de l'ensemble d'une structure.

L'infériorité des stratifiés à ce point de vue n'est que très partiellement compensée par la possibilité, que nous avons indiquée plus haut, de mouler en une seule pièce des éléments importants de carrosserie, qui, en tôle, seraient nécessairement constitués par l'assemblage de plusieurs pièces.
L'expérience a montré que la réalisation en stratifiés de coques autoporteuses de rigidité suffisante se heurtait à de très grandes difficultés, alors que le simple habillage par une carrosserie plastique, d'un châssis ou d'une plate-forme métallique de rigidité propre convenable ne posait guère de problème.

* La réalisation des assemblages

On n'a pas trouvé jusqu'ici, pour assembler entre eux deux éléments de carrosserie en stratifiés, de procédé qui soit, à beaucoup près, aussi sûr et aussi rapide que la soudure électrique par points qui est le moyen d'assemblage habituel des éléments de carrosserie en tôle. II est vrai, comme nous l'avons vu, que la confection de grands ensembles en stratifiés permet de réduire considérablement le nombre des assemblages par rapport à la construction en tôle. On arrive même à supprimer tout assemblage dans le cas de voitures monocoques et on sait que la construction en stratifiés se prête particulièrement bien à la réalisation de carrosseries de sport découvertes d'une seule pièce, mais il s'agit là d'un genre de voiture qui n'est pas susceptible de vastes débouchés et n'est, par conséquent, pas compatible avec des fabrications de grande série.

* La combustibilité et la médiocre tenue à la température

L'armature des stratifiés, généralement en tissu de verre, est par elle-même incombustible, mais en ce qui concerne les résines polyesters, bien que des recherches soient en cours chez les principaux fabricants pour en obtenir l'incombustibilité, elles n'ont été qu'imparfaitement couronnées de succès et on ne peut pas considérer ce problème comme résolu. La carrosserie en stratifiés se trouve donc exposée à une destruction partielle ou totale en cas d'incendie même localisé.
Pour des élévations de température n'allant pas jusqu'au danger de combustion, les stratifiés sont sujets à des déformations qui peuvent être très gênantes. II ne s'agit pas ici des températures pouvant être atteintes par les carrosseries en service normal, qui sont généralement très bien supportées, mais la mauvaise tenue des résines polyesters aux températures élevées empêche par exemple de les peindre avec les émaux synthétiques presque universellement employés aujourd'hui pour les carrosseries automobiles, qui exigent des passages à l'étuve à des températures atteignant 170°. On en est donc réduit à employer pour les peindre (du moins tant que le problème de coloration de la résine dans la masse n'est pas complètement résolu) les laques cellulosiques qui, au point de vue dureté et conservation du brillant dans le temps, sont très inférieures aux émaux synthétiques. Des précautions particulières sont d'ailleurs nécessaires pour assurer une bonne adhérence de ces peintures sur les stratifiés.

* Les difficultés de fabrication en grande série

On sait que l'un des principaux avantages de la fabrication des pièces en stratifiés (avantage qui a certainement été l'un des principaux facteurs du très grand succès rencontré par cette technique, tout au moins sur le plan expérimental) est que le matériel à mettre en oeuvre est d'importance minime, tout au moins dans la méthode de fabrication dite «  par contact ».

« ONDINE » Moule arrière droit. « ONDINE » Moules de la partie avant

II n'est pas question de reprendre ici la description, qui a été faite maintes et maintes fois dans les nombreux articles parus à ce sujet dans la presse technique, des opérations successives de la fabrication. Tout le monde sait qu'à partir du modèle la première opération consiste dans la confection d'un moule, en plâtre pour les très petites séries, en stratifiés pour les séries plus importantes; que dans ce moule, après application d'un agent séparateur, on dispose successivement les diverses couches de tissu d'armature qu'on imprègne au fur et à mesure de résine catalysée et accélérée, et qu'après le délai nécessaire à la polymérisation la pièce est retirée du moule et n'a plus à subir que les opérations de détourage et de finition.
Les inconvénients de cette manière de procéder, si simple en principe, apparaissent dès qu'il est question d'assurer des cadences un peu importantes. En effet, les temps de polymérisation à la température ambiante sont (en y comprenant à la rigueur le temps de moulage) de l'ordre de 24 heures, de sorte qu'il est nécessaire de disposer d'au moins autant de moules qu'on doit produire de pièces par jour. Des moules pour carrosserie ou éléments de carrosserie sont nécessairement assez encombrant et on est vite arrêté dans les possibilités de fabrication par l'énormité des superficies dont il serait nécessaire de pouvoir disposer.

« ONDINE » Moulage de la porte de coffre arrière

On peut améliorer la situation en faisant la polymérisation non plus à la température ambiante mais dans une étuve, ce qui entraîne déjà des investissements non négligeables, mais permet de ramener la durée de polymérisation à une valeur, variable avec la température choisie, qu'on peut estimer comprise entre 3 et 6 heures. Les températures que peut supporter sans déformation une pièce moulée par contact dans un moule ouvert ne dépassent guère en effet 60 à 80°. On pourrait donc, en admettant de travailler 24 heures sur 24, produire un nombre de pièces 3 ou 4 fois supérieur au nombre des moules, ce qui est encore très peu.
Il est encore possible, en augmentant l'importance des investissements, d'accélérer la cadence de fabrication, et l'expérience en a été faite à l'échelle industrielle aux Etats-Unis pour une voiture de sport découverte.
Les moules ouverts en stratifiés sont alors remplacés par des moules fermés, c'est à dire comprenant poinçon et matrice, métalliques, chromés et chauffants. Le moulage par contact est remplacé par un moulage sous pression. Les températures de polymérisation peuvent dans ces conditions atteindre 160° et la durée de polymérisation d'une pièce n'est plus alors que de 4 à 6 minutes. Parallèlement, les temps de main-d’œuvre de moulage sont diminués du fait que l'application et l'imprégnation successives à la main de plusieurs couches de tissu sont remplacées par l'introduction dans le moule d'une feuille de « mat » ou feutre de verre, souvent préformée, et de la quantité correspondante de résine qu'il n'est pas nécessaire de prendre le soin de répartir. Malgré cela, la somme des temps de moulage et de polymérisation d'une pièce est considérablement supérieure au temps qu'il faudrait pour emboutir en tôle la même pièce, alors que les frais d'investissement qu'il aura fallu engager sous forme de presses et d'outillages métalliques sont devenus pratiquement équivalents au coût d'un outillage d'emboutissage. L'expérience industrielle faite sur ces bases, à laquelle nous venons de faire allusion, a conduit à la conclusion à laquelle on pouvait s'attendre, à savoir que la fabrication des carrosseries en stratifiés n'était pas pour le moment économiquement viable pour des séries relativement importantes.

« ONDINE » Moules de la partie avant (vue intérieure)

* En conclusion

II est maintenant possible de faire le point des possibilités d'application des stratifiés dans le domaine de la carrosserie automobile, et de dégager les cas d'emploi où ce matériau nouveau se révèle plus intéressant que les matériaux classiques. Les stratifiés se prêtent admirablement à la fabrication de carrosseries en petites séries, pour lesquelles il serait économiquement impensable de créer des outillages d'emboutissage. De telles carrosseries permettent de satisfaire, notamment dans le domaine de la voiture de sport, toute une clientèle désireuse d'avoir un véhicule hors série et disposée, pour bénéficier de cet avantage, auquel viennent s'ajouter les qualités de légèreté, d'insonorité, etc., propres aux stratifiés, à payer un certain supplément de prix, moindre toutefois que celui qu'aurait exigé une carrosserie en tôle à la main.
L'identité entre elles des pièces sortant d'un même moule permet en outre aux carrossiers de fournir facilement pour ces voitures des pièces de rechange rigoureusement interchangeables avec les pièces d'origine, ce qui est un avantage non négligeable. On peut également envisager, sans aborder le problème toujours complexe de la carrosserie entière, d'utiliser les stratifiés pour certains éléments de carrosseries, les autres étant réalisés par les procédés de construction classiques. C'est ainsi, par exemple, que dans la construction de véhicules industriels tels que des cars, les pièces de formes relativement compliquées comme la façade peuvent être réalisées en stratifiés alors que le reste de la carrosserie, comprenant surtout des surfaces développables, sera fait en tôle d'acier ou d'alliage léger.
Dans le domaine de la voiture particulière, on peut également envisager de remplacer la tôle par les stratifiés pour des pièces ne concourant pas à la rigidité de l'ensemble et pour lesquelles il est intéressant de bénéficier des avantages de légèreté et de résistance aux chocs de ce dernier matériau. Tel est, par exemple, le cas des portes, des ailes, du capot et du couvercle de coffre. De telles pièces, interchangeables avec les pièces en tôle d'un modèle de série, peuvent être proposées à la clientèle moyennant un certain supplément de prix.
On trouvera enfin grand intérêt à utiliser les stratifiés pour la fabrication de maquettes habitables ou de carrosseries de châssis prototypes pour de nouveaux modèles de voitures destinées à la fabrication de grande série. II est en effet généralement possible dans ce cas de confectionner les moules en prenant pour modèle la maquette plâtre en vraie grandeur qui a servi à la mise au point des formes extérieures, maquette qu'il n'est même pas nécessaire de rendre parfaitement symétrique. On obtient ainsi facilement à plusieurs exemplaires, dans un délai beaucoup plus court et à moindres frais des maquettes d'excellent aspect, qu'on ne savait réaliser jusqu'à présent qu'au prix de longues heures de travail de tôliers professionnels.

En résumé, on peut dire que dans l'état actuel de la technique, l'emploi des stratifiés en construction de carrosserie présente de grands avantages par rapport à la construction classique en tôle façonnée à la main, mais que son coût est prohibitif par comparaison avec la construction de grande série en tôle emboutie. Lorsque la considération du prix n'est pas primordiale, les nombreuses qualités de ce matériau nouveau lui ouvrent un champ d'application très intéressant.

4 CV Renault « ALPINE » carrosserie en plastique

Ets Chappe et Gessalin. Distribuée par les Ets Escoffier.

Cet article a paru dans le Bulletin Technique des agents de maîtrise et techniciens de Renault N°35 juin- juillet 1956. (Archives PR)

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