PLASTIQUES ET COMPOSITES DANS LES VEHICULES RENAULT
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Exposé PR au Forum Composites ENSAM d'Anger en1988

DEVELOPPEMENT DES COMPOSITES DANS L’AUTOMOBILE

1- AVANTAGES DES COMPOSITES

Les principaux avantages que présentent les composites sont les suivants:

  1. offrir une infinité de combinaisons dans le choix des constituants, de leurs proportions, et obtenir ainsi des matériaux "à la carte" pour chaque type d'application,
  2. permettre un allégement des éléments concernés,
  3. présenter une capacité d'absorption d'énergie en phase élastique supérieure à celle des métaux.
  4. intégrer plusieurs fonctions dans une même pièce..

3- DES MATERIAUX " A LA CARTE "

Les matériaux composites qui se sont développés dans l'automobile sont principalement ceux constitués de matières plastiques associées à des fibres de verre. Les propriétés obtenues sont fonction de la disposition des fibres et de leur proportion en volume (figure 1)

figure 1

On distingue 3 grandes catégories de composites verre-résine :

  1. les prémélanges avec fibres courtes ( TPA, BMC,...) dont les propriétés mécaniques sont faibles (notamment la résistance au choc ), mais qui sont aptes au moulage de pièces complexes par injection.
  2. les stratifiés avec fibres longues ( SMC, TRE,...) adaptés au moulage par compression de pièces de grande surface et de faible épaisseur, avec de bonnes propriétés mécaniques. ;
  3. les composites unidirectionnels à hautes performances avec des fibres continues unidirectionnelles, moulables par enroulement, par pultrusion ou par compression.

La présence de fibres de verre réduit le coefficient de dilatation des plastiques (figure 2 ) et améliore leur tenue en température.

figure 2

Les compsites offrent ainsi un nombre de combinaisons théoriquement infini, mais qui setrouve en fait limté quand on fait l'inventaire des technologies actuellement applicables à l'automobilr pour satisfaire à la fois les desiderata d'aspect, d'allègement, de performance, de qualité et dt prix.

= TPA = ThermoPlastique Armé, BMC = Bulk Molding Compound = prémélange, TRE = Thermoplastique Renforcé Estampable, SMC = Sheet Molding Compoud

3- L'ALLEGEMENT DE LA CARROSSERIE

L’allégement ne doit pas compromettre les performances, la sécurité et le confort. Pour une bonne tenue en endurance il est notamment important de ne pas réduire la rigidité en torsion de la caisse.

Pour les véhicules fabriqués en petites ou moyennes séries (moins de 400 véh./jour) le choix du SMC permet de réduire les investissements, de raccourcir les délais et d'alléger d'environ 30% les éléments concernés.

Dans le groupe RENAULT citons les véhicules sportifs (ALPINE), de loisirs (ESPACE), utilitaires (EXPRESS), industriels (camions, cars et bus), et les tracteurs agricoles, où tout ou partie des éléments de carrosserie sont réalisés en stratifié fibres de verre-résine polyester.
La plupart des autres constructeurs sont arrivés aux mêmes choix.

Sur la fourgonnette EXPRESS on note deux applications de préimprégné polyester à retrait compensé (SMC Low Profile) :

  1. les portes battantes arrières constituées d'une peau extérieure en tôle d'acier et d'un caisson intérieur en SMC, l'ensemble étant collé et serti (figure 3),
  2. une trappe de pavillon appelée "girafon" en SMC double paroi.

fig 3

Signalons que les boucliers avant et arrière de ce véhicule sont également en SMC..

4- L'ALLEGEMENT DES ORGANES MECANIQUES

Ces applications demandent la mise au point de composites adaptés à des conditions très sévères de fonctionnement.
Les composites fibres de carbone + matrice organique sont en compétition avec les composites métal + métal et les composites céramique + céramique. Pour le moment il s'agit de matériaux dont le niveau de prix élevé retardera leur application dans les véhicules de grande diffusion.

5- LES PARE-CHOCS ET BOUCLIERS

Depuis 1970, la Régie Renault a développé les préimprégnés verre-polyester (SMC) avec les boucliers de R 17, R 5, R 14, FUEGO, MASTER (RVI), R 18, R 25, EXPRESS (1985-89), R 21 (lame avant),
Les boucliers intègrent les fonctions : pare-chocs, jupe, spoiler, logement des feux, plaque de police, ouïes de refroidissement moteur, aérodynamique, et offrent une liberté de style inconnue auparavant.
Le SMC est principalement moulé par compression à la presse à chaud (figure 4)

fig 4

Pour accroître les performances aux chocs des boucliers et autres éléments de protection, l'armature en verre E du préimprégné comporte, en plus des fibres coupées, des fils continus orientés dans le sens des plus grandes sollicitations.

6- LES RESSORTS DE SUSPENSION

Le véhicule utilitaire TRAFIC T1300 a été choisi pour une expérimentation industrielle.
Nous avons mis au point un procédé de compression à chaud à partir d"zbauches obtenues en assemblant plusieurs bandes de renforts unidirectionnels préimprégnés (RUP) verre-époxy (fig. 5)

fig 5

A partir d'avril 1983 une dizaine de véhicules équipés de lames de ressort arrières en composite ont roulé sur tous les types de chaussée, sous tous les climats, sans qu'aucun incident sérieux n'ait été constaté.
En juillet 1985 la distance totale parcourue dépassait un million de km.
A partir de 1986 l'atelier pilote mis en place à l'usine de DREUX fabrique 80 lames par jour.

7- POINTS FAIBLES DES COMPOSITES

8- CONCLUSION

Sur le plan économique les plastiques et les fibres de renforcement sont plus chers que l'acier.
Toutefois, la possibilité d'intégrer plusieurs fonctions dans une même pièce moulable en une seule opération compense parfois ce handicap.

Les meilleures applications pour les plastiques en général, et les composites fibres-résine en particulier, sont celles où l'on utilise les propriétés propres à ces matériaux comme la capacité d'absorption d'énergie en phase élastique.

Pour chaque catégorie de composites, il existe un éventail de procédés de fabrication qui permet de proportionner les investissements à l'importance de la série. On trouve ainsi que des solutions composite et métal ont chacune leur zone de rentabilité.

Pierre.ROUBINET

Ce document correspond a un exposé présenté au Forum Composites organisé par l'Association des Elèves de l'Ecole Nationale Supérizure d'Arts et Métiers le 31 mai 1988, au Centre de Congrès d'Anger.
Conversion en fichier HTLM "composites88.htm" en juin 2016.

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