PLASTIQUES ET COMPOSITES DANS LES VEHICULES RENAULT
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Renault MG, YM juin 1986
Direction des Laboratoires
Service Matériaux et Produits Organiques (0854)

QUELQUES ETAPES DU DEVELOPPEMENT DES PLASTIQUES A LA REGIE RENAULT
(Marcel Goupy)

Avant la seconde guerre mondiale, peu de matières plastiques sont proposées sur le marché; on connaît des produits dérivés de matières naturelles tels que le Celluloïd dérivé de l'acétate de cellulose, la Galalithe provenant de la caséine du lait, et surtout un produit synthétique issu des travaux de Baekeland en 1907: la Bakélite, préparée par polycondensation de phénol et de formol.
Les applications Automobile se résument à quelques petites pièces d'isolement électrique et ce n'est que vers 1938-1939 que l'on commence à penser à des pièces importantes moulées.

A cette époque, les premiers essais de mise en oeuvre industrielle des polyamides (synthétisés en 1935) et des polychlorures de vinyle, débutent. Chez Renault. M.d'Arrivère effectue les premières tentatives de fabrication de boîtiers de feux et de cuvelage de phare en Bakélite.

En 1946, l'orsque l'usine de Billancourt est reconstruite et cherche à s'adapter aux matériaux et techniques récemment apparus pendant la guerre dans divers pays et, en particulier, aux USA.

C'est alors qu'est crée la Commission des Recherches, constituée par l'assemblée des principaux directeurs et chefs de service de l'époque, animée par un secrétariat confié à M. de Castelet auquel étaient adjoints M. d'Arrivère et un jeune ingénieur débutant M. Goupy.

Parmi les diverses questions traitées pendant une dizaine d'années (outils à carbures, soudures pour radiateurs à faibles pourcentages d'étain, traitement par haute fréquence, etc...), celle de l'économie de métaux non ferreux était pressante et a abouti naturellement, entre autres voies, à l'étude des possibilités d'emploi des plastiques, d'autant qu'à cette époque une floraison de produits nouveaux fait son apparition, accompagnée d'évolutions incessantes dans le domaine de leur mise en oeuvre.

Les premières applications effectuées pendant cette période concernent essentiellement :

Ces pièces sont en partie réalisées grâce à un atelier de moulage situé dans l'usine du Mans, qui fabrique des plaques en toile bakélisée, graphitées ou non, moule les ébauches de pignons qui sont ultérieurement usinées, et fabrique des garnitures de freins à tambours.

On voit également se développer l'enrobage des fils électriques par extrusion et une installation est mise en place au Bas-Meudon, où elle doit lutter contre les rats qui viennent la nuit ronger ces produits nouveaux à base de PVC!

Par un phénomène analogue, les premières 4 CV exportées en Afrique font les délices nocturnes des hyènes, qui apprécient les feux AR moulés en acétobutyrate de cellulose, à la bonne odeur de beurre rance!

Avec la diversification des produits et des applications, on assiste également à des progrès majeurs dans les domaines de la mise en oeuvre des thermoplastiques et des thermodurcissables : passage des presses à piston aux presses à vis pour les premiers, ainsi que début des machines de formage par vide et soufflage, développement des moulages par transfert avec incorporation d'inserts pour les seconds.

Parallèlement des recherches sont entreprises pour l'emploi des résines liquides thermodurcissables nouvelles, polyesters et époxy :

Du fait même des applications visées, le développement des pièces mécaniques et des pièces de carrosserie a été par la suite plus spécialement pris en compte par le Bureau d'Etudes, assisté du Laboratoire, alors que celui des résines pour outillages a rapidement relevé du domaine des divers secteurs de Méthodes concernés (y compris les Méthodes Fonderie pour les plaques modèles) et des ateliers de fabrication d'outillages.

Dès 1948, les premiers essais de fabrication de reproducteurs d'un pavillon en polyester sont effectués dans une salle du rez-de-chaussée du bâtiment A à Billancourt et provoquent une alerte aux gaz dans les étages par suite de l'odeur inhabituelle du styrène!

Un atelier est alors installé à l'Usine O où sont développées à partir de résine époxy les premières applications destinées aux outillages de carrosserie et de fonderie.

Après quelques années, ces recherches et leurs applications sont reprises et amplifiées par les Méthodes et les ateliers concernés, y compris ceux de Choisy le Roi qui participent à la création de nombreux outils d'emboutissage destinés à des fabrications limitées. Les travaux de cette époque, repris et perfectionnés, contenaient en germe ceux qui sont maintenant effectués 30 ans après.

En pièces de carrosserie verre-polyester, 1954 voit l'apparition de la voiture Ondine crée en 5 exemplaires, sur châssis Frégate, dans un atelier placé provisoirement à Flins et ramené ensuite au CTR. Une des Ondines, confiée à M. Godet, participe au Tour de France cycliste.

Parallèlement, diverses Frégates sont équipées avec des portes et des ailes moulées en polyesters armés de tissus verranne, technique abandonnée par la suite au profit des tissus silionne et des rovings employés en 1955 pour la carrosserie de l'Etoile filante.
Cette voiture à turbine à gaz comporte une carrosserie moulée entièrement à la main en stratifiés de très faible épaisseur mais de très bonnes propriétés mécaniques, et un cockpit thermoformé en Plexiglas fabriqué avec un montage de fortune réalisé à l'atelier de l'Usine O. Elle remporte trois records du monde de vitesse: le km, le mile, et les 5 miles lancés au Lac Salé (USA)

L'atelier de Choisy fabrique des cadres de baie pour l'autorail 300 CV, des garnissages intérieurs de pavillon pour une rame du métro sur pneus et diverses petites pièces.

L'expérience acquise lui permet de fabriquer en 1958-1959, 10 autorails Panoramiques pour le compte de la SNCF, ces autorails comprenant en particulier les extrémités AV et AR moulées pour un poids unitaire de 250 kg et un dôme en quatre éléments d'une longueur totale de 14 m et d'un poids de 850 kg. Diverses pièces d'équipement sont également moulées.

C'est à cette même époque qu'un concessionnaire Renault épris de course automobile, entreprend l'étude et la réalisation d'une berlinette sportive, fabriquée manuellement dans un atelier de Dieppe, baptisée « Alpine ». La carrosserie est moulée en polyester renforcé, de structure monobloc.

En Allemagne, les travaux sur les polyuréthannes, découverts en 1937, ont évolué par le fait du hasard vers des produits hétérogènes, d'aspect bulleux, qui une fois maîtrisés ont abouti à l'industrie des mousses de polyuréthannes utilisables pour les garnitures de siège.

Renault est un des tout premiers constructeurs à équiper ainsi ses voitures en série avant les années 60. Associé à des peaux thermoformées, on verra l'emploi des polyuréthannes se développer de façon continue et s'étendre à divers domaines de garnissage tels que celui des planches de bord ou des doublages de pavillons. La Floride sera la première voiture Renault équipée d'une planche de bord de ce type.

C'est encore au cours des années 1959-1960 qu'on voit apparaître chez Renault la première grande pièce de carrosserie moulée sous presse. Il s'agit du pavillon surélevé de fourgonnette Estafette, moulé par enduction d'une préforme en fibres de verre à l'aide de résine polyester et polymérisé sous pression à chaud (110-115°C) pendant quelques minutes.

Pour ce faire, l'atelier de Choisy est équipé d'une presse de 800 T ainsi que d'une plus petite de 160 T pour mouler le capot moteur du même véhicule à partir d'un « Prémix », mélange pâteux de fibres, résines et charges.

Par la suite, l'Usine de Choisy automatisera en grande partie ces fabrications, y compris celle du Prémix, à l'aide d'une machine originale procédant à l'imprégnation des fibres et à leur coupe en continu. Ces pièces seront ainsi produites pendant plus de 10 ans à cadence maximale de 120 véhicules /jour, avec des taux de rebut très faibles, inférieurs à 0,5 %.

Le désir d'une certaine diversification pour l'emploi de la presse 800 T amène la Régie à procéder à des essais de moulages de baignoires en Prémix et ultérieurement de skis prototypes réalisés dans un premier temps à la main.

Ces tentatives n'ont pu aboutir en raison du niveau insuffisant des produits à ce moment là, mais elles ont été reprises dix ans plus tard par divers industriels qui ont ainsi trouvé des débouchés dans le monde entier.

Début 1966, M. Goupy charge P. Roubinet d'étudier une nouvelle technique de fabrication de semi-produit qui apparaît. Elle consiste à imprégner un mat de verre d'une pâte constituée de résine polyester, de charges minérales et d'adjuvants divers entre deux films de polyéthylène. Sous l'action d'un agent d'épaississement la viscosité de la pâte d'imprégnation augmente et au bout de quelques jours on obtient un produit au toucher non poisseux.

Le préimprégné réalisé peut être découpé en feuilles au gabarit désiré. Après pelage du polyéthylène l'ébauche constituée de l'empilage de plusieurs flans est moulée sous presse à chaud. Les produits ainsi obtenus présentent des propriétés mécaniques améliorées.

Une étude de ces matériaux et un accord avec Pechiney-Saint-Gobain repris ensuite par Rhône-Poulenc permettent de démarrer en 1967 une fabrication expérimentale de 50 000 tablettes AR R4 moulées à Choisy, en vue de préparer des applications futures dont la première sera celle des boucliers.

Le premier bouclier apparaît en 1970 sur la face AR des R15-R17, mais ne constitue que l'ébauche du « concept bouclier plastique » qui est présenté pour la première fois au monde sur la R5 en 1971.

L'Usine de Dreux est créée en 1969-1970 en vue de ces fabrications, sur une première tranche de 13 ha avec 16 000 m² couverts. Elle va se développer par la suite en 1971-1972 par l'incorporation de pièces de garnissages et d'accoudoirs en polyuréthanne à peau autoformée, grâce au transfert d'un carrousel expérimental mis en place deux ans auparavant dans un atelier pilote de Flins pour faire suite aux travaux de développement exécutés dans les ateliers des laboratoires du CTR.

Les câblages de Flins et des ateliers de sellerie sont par la suite mutés à Dreux qui développera ces secteurs et entreprendra la fabrication des fils gainés de PVC en 1975 (115 000 km/an)

Les faisceaux de câblages sont produits à raison de 2 000 véhicules/jour.

Les boucliers ayant fait leurs preuves sur R5 sont reconduits sur la R14 qui apparaît vers 1975 et simultanément sont proposées les premières protections latérales moulées en préimprégné pour la R5 GTL. Il s'agit là également d'un concept nouveau qui sera copié par les autres constructeurs.

Un hard top pour R15-R17 est spécifié en vue d'expérimenter la possibilité de réaliser des pièces moulées de très bon aspect de surface, avec des résines polyesters spéciales dites « Low-Profile » mais les résultats peu satisfaisants (1 hard top sur 5, à retoucher) contraignent à grener la pièce.

Dreux à cette époque fabrique 6 400 boucliers/jour et consomme 24 T/jour de préimprégné, dont la moitié est fabriquée progressivement par l'usine, qui a mis en place les moyens nécessaires.

En 1977-1978 apparaissent les pare-chocs R18 en préimprégné, avec un gain de poids et de prix par rapport aux pièces métalliques remplacées. Ces pièces complètent l'engagement de Dreux qui emploi maintenant 11 presses de 300 à 1500 T et fabrique un produit original pour la R5 USA. Il s'agit d'un bouclier polyester préimprégné, surmoulé de mousse polyuréthanne à peau autoformée et équipé d'absorbeurs d'énergie également en polyuréthanne, pour satisfaire à la législation de sécurité américaine (chocs mur à 5 miles/h sans dégât). Cette solution remplaçant les pare-chocs métalliques munis d'absorbeurs télescopiques est moins lourde et moins coûteuse.

Le moulage de ces grandes pièces est possible grâce à l'expérience acquise entre-temps par Dreux dans la fabrication des planches de bord qui, réalisées primitivement en mousse à peau noire, sont par la suite remplacées par des pièces colorées obtenues par thermoformage de feuilles plastiques et moussage entre la feuille et une armature en tôle ou en plastique injecté. En 1978, 650 grandes pièces sont ainsi fabriquées journellement.

Le développement considérable des résines thermodurcies pendant la période 58-78 a été accompagné d'un développement équivalent du coté des thermoplastiques, grâce aux multiples produits proposés par l'industrie Chimique, à l'ingéniosité des techniciens et à la diversification des moyens de transformation.

Dès les années 60, une vieille machine d'injection acquise d'occasion ayant montré toutes les possibilités de cette technique, grâce aux produits fabriqués par le Service des Produits Organique du Laboratoire créé en 1959, il est décidé d'entreprendre des fabrications dans un atelier pilote qui est mis en place au Bas-Meudon.

Les résultats encourageants amènent à transférer cette activité pour la développer au sein de la Compagnie des Produits Industriel de l'Ouest, lorsque cette filiale est aménagée à Carquecou près de Nantes pour y regrouper les fabrications de pièces en caoutchouc du Bas-Meudon.

Le développement de cet atelier ayant accompagné celui des applications automobile, la CPIO dispose en 1978 de 60 presses à injecter de 30 à 1 000 T, regroupe 230 personnes dans l'activité plastique et réalise une production annuelle de 2 000 T de pièces en plastiques.

A ce moment, la mise au point de matières premières très élaborées et performantes (polymères modifiés « sur mesure ») et les progrès technologiques dans les matériels de transformation remettent en cause la suprématie initiale des polyesters thermodurcissables dans les applications pour boucliers et pièces de carrosserie.

De nombreuses propositions sont faites pour réaliser en divers thermoplastiques des boucliers, des ailes, des portes, des capots, etc..

Parallèlement s'affirme une nette tendance au développement de grandes pièces pour le garnissage des voitures, comme :

L'importance de l'industrie des thermoplastiques se manifeste dans la répartition des emplois des plastiques dans une voiture récente comme la R14, où pour une masse totale recensée de 53 kg de plastique, on trouve:

La CPIO réalise environ 20% des pièces injectées.

Dreux réalise la plus grande partie des pièces en polyester, fabrique 350 T/an de pièces en polyuréthannes et 1 000 T/an de câblerie.

Cette concurrence explique l'apparition en 1982 de la R9 puis de la R11, équipées de boucliers en thermoplastiques (copolymères éthylène-propylène ou polypropylène/EPDM) associés de manière originale à des absorbeurs d'énergie moulés par injection en polyéthylène basse densité pour un poids total des deux ensembles de plus de 9 kg.

On peut noter sur ces mêmes véhicules, la planche de bord en copolymère ABS/polycarbonate pesant près de 3 kg et le garnissage de pavillon de 1 kg, les polyesters renforcés n'apparaissant que dans les coquilles d'assises de sièges AV pesant au total 2,6 kg.

Toutefois, la compétition se poursuivant, on assiste peu de temps après à la réapparition des polyesters pour boucliers en 1983-1984 avec la R25, le choix entre les deux techniques se ramenant en définitive à chaque fois à un cas d'espèce, où il faut tenir compte de la structure du véhicule (présence ou non de traverses pour les appuis), de la présentation et des performances désirées.

Cette rivalité entre les techniques, génératrice d'émulation, favorise une recherche toujours plus active pour le perfectionnement et la diversification des produits et des conditions de mise en oeuvre.

C'est ainsi qu'au cours des années 80, on assiste à l'aboutissement de plus de dix années d'efforts dans le domaine de l'extrusion soufflage pour réaliser en particulier des réservoirs d'essence. Les essais sur R14 en 1979 ont abouti au premier passage en série sur Trafic diesel en 1981-1982 suivis par la SuperCinq, la R25 haut de gamme et la R21.

Des perfectionnements ultérieurs, en cours au Japon, permettront de réaliser ces pièces en multicouches (3 ou 5) pour leur conférer des propriétés améliorées.

De leur coté, les thermodurcis renforcés bénéficient d'une publicité nouvelle attribuable à la découverte par les médias des « composites », liée à l'apparition des fibres de carbone, bien que leur prix se situe entre dix et cinquante fois celui des fibres de verre et soit peu susceptible de diminuer en valeur relative.

L'étude des propriétés de ces nouveaux produits, compte tenu de leur prix prohibitif pour l'automobile, induit des recherches nouvelles sur des produits moins coûteux susceptibles de les concurrencer et c'est ainsi qu'ont été abordés des travaux sur des résines époxy modifiées, renforcées par des fibres de verre de nature diverses, afin de fabriquer des pièces susceptibles d'être soumises à des contraintes élevées.

La première application apparaît sur le fourgon Trafic T1200 en 1985, sous forme de lame de ressort moitié moins lourde que les lames métalliques traditionnelles, et de nombreuses autres applications peuvent être attendues dans le domaine des pièces faisant appel aux propriétés mécaniques de ces matériaux et en particulier à leurs propriétés d'élasticité.

Le coût plus élevé de ces composites exclut leur emploi pour pièces de carrosserie de grandes séries où les polyesters renforcés ont déjà des difficultés à concurrencer la tôle, dont le prix est relativement bas. Aussi peut-on dire en 1986 qu'aucune vraie solution de substitution n'a encore été trouvée, et que les applications industrielles actuelles tant chez Citroën pour la porte AR et le capot AV BX que chez Renault pour le caisson de porte battante et le girafon de la fourgonnette Express fabriqués en SMC « Low Profile » depuis octobre 1985, ne constituent que des expériences à grande échelle pour mieux connaître les conditions de fabrication, leurs impératifs, et les coûts réels d'exploitation.

De leur côté, les fabrications à échelle plus réduite se sont développées de manière continue, que ce soit chez des constructeurs indépendants associés à Renault tels que Teilhol ou Matra ou plus particulièrement pour ce qui concerne Renault, dans sa filiale de Dieppe, l'ancienne Société Alpine.

Les premières fabrications des années 60 mentionnées précédemment consistaient à mouler à la main une ou deux coques par jour, mais la volonté de fabriquer des modèles à des cadences de vingt à quarante véhicules/jour a amené cette Société, depuis prise en main par la Régie Renault, à développer progressivement des moyens de plus en plus automatisés et finalement de plus en plus proches de ceux nécessité par le moulage sous presse à chaud pour la grande série.

La mécanisation des moyens d'assemblage étant également recherchée, la Société a abouti récemment au concept de pièces moulées sous presses basse pression avec des outils métal et/ou plastique, polymérisées à faible température et assemblées par collage.
C'est ainsi que la V6 GT est fabriquée depuis juillet 1985 à partir de 40 pièces assemblées et collées à l'aide de 15 kg de colles, ce qui constitue une application très nouvelle.

En parcourant ces diverses étapes, la Régie Renault est passée d'une consommation de plastique négligeable juste après guerre, à un niveau de 60 000 T/an dans les années 80, à comparer aux emplois simultanés de 30 000 T/an de peinture, 45 000 T/an de verre, et 25 000 T/an de pneumatiques.
Sur ces 60 000 T/an, la Régie en mettait en oeuvre, soit directement, soit par l'intermédiaire de ses filiales, environ 9 000 T/an soit 15%.

Il parait évidemment naturel de se demander quelles seront les étapes futures et il est raisonnable de prévoir une poursuite lente et progressive du remplacement des matériaux traditionnels par des polymères de synthèse. A cet égard, l'apparition de nouveaux produits devrait ouvrir de nouveaux champs d'application.

La Régie Renault a toujours été présente à chaque phase du développement de L'industrie des Plastiques et elle a souvent figuré dans le peloton de tête des innovateurs pour les applications. Ne doutons pas qu'elle continuera de même dans l'avenir.

M. GOUPY

Ce texte a été rédigé par M. Marcel GOUPY en juin 1986 à la demande de M. Jean ROBERT (Histoire et Patrimoine)
Une copie a été adressée à Pierre ROUBINET le 13/06/86.
Archivage sur le fichier Word « HistPlast1.doc » en décembre 1997.
Conversion en fichier HTLM « histplast1.htm » en janvier 2010

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