Les nouveaux matériaux dans la mécanique automobile
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Les nouveaux matériaux
dans la mécanique automobile
Gérard Maeder
^F a situation actuelle des matériaux dans l'automobile est
H encore relativement stable. Les matériaux métalliques (aciers,
H fontes et alliages d'aluminium) sont toujours prépondé-
^ f t ^ ^ / rants dans la construction automobile de grande série. Ils
représentent environ 70 à 75 % du poids d'un véhicule et se répartis-
sent entre 40 % de tôles d'acier, 15 % d'acier pour pièces mécaniques,
12 % de fonte, 6 % d'aluminium. S'ils subissent une érosion, celle-
ci reste lente même au niveau des prévisions. Les matériaux polymères
représentent 10 à 15 % du poids d'un véhicule. Leurs avantages sont
bien connus (absence de corrosion, résistance aux petits chocs, grande
liberté de style, faibles investissements), mais leurs inconvénients ne
sont pas négligeables (aspect différent de la tôle nécessitant la pein-
ture, stabilité dimensionnelle moyenne, faible module d'élasticité,
etc.). S'ils ont envahi complètement l'aménagement intérieur, leur
développement pour les pièces extérieures ou de structure reste limité.
Les caractéristiques intéressantes des matériaux céramiques, liées à
leur faible densité, leur module d'élasticité élevé, leur grande dureté,
leur résistance aux températures élevées n'ont pas compensé les
problèmes de fragilité et de faible ténacité, de fiabilité, et de coût. Ces
matériaux ne sont présents sur aucun véhicule de grande série,
exception faite des bagues de pompe à eau, des bougies et des
monolithes supports de catalyseurs.
Si l'on restreint le domaine aux pièces mécaniques, - moteur,
161boîte de vitesses, liaison au sol - , l'éventail des matériaux utilisés nécessaire. Ils englobent, d'autre part, le prix de la mise en œuvre
est encore plus restreint : on ne trouve sur les véhicules de grande lié à des investissements et des coûts de production.
série que des matériaux métalliques. Les critères sociaux sont des critères liés à des problèmes de
Et les nouveaux matériaux ? Eux qui, avec des performances société qui vont c o n d i t i o n n e r les orientations de la
extraordinaires, font les beaux jours des publications scientifiques clientèle : économies d'énergie, amélioration de la sécurité, res-
ou techniques, pourquoi sont-ils si peu présents, et quelles sont pect de l'environnement. Ces critères, pas toujours faciles à
leurs réelles chances de développement ? anticiper, prennent une importance de plus en plus grande.
Mais au fait, qu'est-ce qu'un nouveau matériau ? Il faut
Aspects spécifiques
bien avouer qu'il y a une grande difficulté de définition, car un
matériau est rarement entièrement nouveau : c'est le plus souvent L'automobile est un produit de grande diffusion donc
par des propriétés spécifiques nouvelles ou améliorées que son fabriqué en grande série et à un coût relativement bas (70 F/kg à
caractère de nouveauté s'affirme. C'est ainsi qu'à côté des polymères comparer à 4 500 F/kg pour l'aéronautique). Sa grande diffusion
techniques et des céramiques thermomécaniques, à côté des en fait un objet très sensible aux critères sociaux et la fabrication
matériaux composites constitués d'une matrice métallique, en grande série demande des investissements très lourds. On a là
polymérique ou céramique, renforcée par des fibres ou des deux facteurs antagonistes : une rapidité de changement devant
particules minérales ou organiques, associés classiquement aux répondre aux critères sociaux et une inertie importante liée aux
matériaux nouveaux, les matériaux métalliques d'aujourd'hui ont investissements déjà présents, ou à faire.
des propriétés qui n'ont plus rien à voir avec celles qui étaient les Une autre caractéristique est liée à la logique de l'étude d'un
leurs il y a seulement une dizaine d'années : ce sont aussi de nouveau modèle, qui s'étend sur plusieurs années. Les rendez-
nouveaux matériaux. vous de choix des matériaux pour les différentes pièces constitutives
On perçoit donc que les matériaux métalliques constitutifs du véhicule inscrit dans la gamme doivent correspondre à des
des pièces mécaniques de l'automobile d'aujourd'hui ont évolué solutions existantes, et sont donc moins favorables aux matériaux
et évoluent encore dans un schéma de progrès continu, et que le nouveaux.
passage à d'autres matériaux se situe dans un scénario, à la fois de Un troisième facteur est ce que l'on peut appeler la structure
compétition entre matériaux et de rupture avec le passé. Pour décisionnelle, reliée au lieu de fabrication. En effet, une fabrica-
tenter de cerner les évolutions possibles de ces matériaux, il nous tion interne ou externe à l'entreprise peut entraîner des choix
faut examiner le contexte des critères de choix des matériaux, et différents de matériaux en fonction du lieu de maîtrise des
celui de l'évolution du produit automobile. technologies.
LES CRITÈRES DE CHOIX DES L'ÉVOLUTION DU PRODUIT
MATÉRIAUX AUTOMOBILE ET SES
Aspects généraux
CONSÉQUENCES
Une grande multiplicité de facteurs s'offre à l'ingénieur Le choix des matériaux ne peut pas résulter de la simple
lorsque celui-ci se préoccupe du choix des matériaux pour la réponse aux critères mentionnés ci-dessus. En effet, la recherche
conception d'une pièce ou d'un ensemble de composants réali- du meilleur couple matériau-procédé pour concevoir et fabriquer
sant une fonction donnée. En effet, aux critères techniques qui une pièce, un composant, va dépendre d'un cahier des charges, qui
évoluent, mais qui sont en général bien maîtrisés, s'ajoutent des lui-même va être fonction du produit automobile que l'on veut
critères socio-économiques en mutation rapide et quelquefois créer. Or, l'automobile est étudiée pour satisfaire le client final.
aléatoire. Ces critères peuvent être brièvement décrits comme suit.
Les exigences du client
Les critères techniques intrinsèques sont reliés à des pro-
priétés mécaniques (résistance, rigidité, usure, etc.) ou à des L'analyse des besoins des clients révèle aujourd'hui cinq axes.
propriétés spécifiques (résistance à la corrosion, au vieillissement, 1. Le confort et l'habitabilité. La notion de confort est très
conductibilité thermique ou électrique, etc.). Ces grandeurs sont subjective suivant les individus, et elle consiste bien souvent en un
les mieux connues car quantifiables et comparables : on peut les ensemble de perceptions diffuses. Les matériaux participent au
trouver dans des catalogues ou banques de données établis par les confort vibratoire et acoustique, par un usage adéquat de leurs
fournisseurs de matériaux. propriétés mécaniques relatives aux modes propres de vibration
Les critères techniques industriels sont ceux qui correspon- de la structure, et par l'utilisation de matériaux insonorisants. Ils
dent à la mise en œuvre et à la transformation des matériaux par sont également présents dans l'habitacle par leur influence sur le
usinage, emboutissage, fonderie, injection, assemblage par soudage confort postural (mousse des sièges, par exemple), le confort
ou collage, traitement thermique en volume ou superficiel... Ces tactile et visuel (aspect et couleurs), les odeurs, les phénomènes
critères sont très importants parce que ces procédés de mise en électrostatiques, etc.
œuvre influencent les propriétés finales de la pièce ; on ne peut pas 2. La sécurité et la qualité. La sécurité est une exigence
considérer un matériau indépendamment de ses procédés de nécessaire, avec des tests de plus en plus sévères au niveau de la
transformation. sécurité passive (15 km/h et 56 km/h). Dans ce cas, les matériaux,
Les critères économiques concernent, d'une part, le prix du - en liaison avec la conception de la structure - , sont prépondé-
matériaux lui-même lié à sa disponibilité, à l'évolution du marché rants par leur capacité de résistance, mais aussi et surtout par leur
et à son caractère spéculatif; une analyse à la fois statique et capacité d'absorption progressive d'énergie. La qualité est relation
dynamique de l'évolution des prix de la matière première est donc avec les notions de fiabilité et de durabilité.
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La fiabilité nécessite la production de matériaux ayant des l'usager au niveau financier rejoint la nécessité de la protection de
variations minimales (ou parfaitement connues) de propriétés ou l'environnement, en particulier en ce qui concerne les émissions
de dimensions. Les pièces fabriquées à l'aide de ces matériaux de gaz carbonique de plus en plus réglementées pour limiter l'effet
doivent l'être par des procédés dont la fiabilité est également de serre. Il est question de diminuer la consommation moyenne
éprouvée. Enfin, les critères de fiabilité ne peuvent être obtenus actuelle de 20 %.
que s'il existe des moyens de contrôle adaptés à la fois aux Un autre besoin du client, qui lui est sans doute plus suscité
matériaux et aux procédés de fabrication. par le marketing, correspond à l'élargissement de l'offre par une
Il faut également tenir compte de la durabilité qui oblige à multiplication des modèles, avec comme conséquence la diminu-
la prise en compte des mécanismes de dégradation tels que l'usure, tion importante du nombre de véhicules par modèle. Cette
la fatigue et la corrosion, mais surtout oblige le concepteur à tendance est particulièrement claire au Japon. Cette baisse de
prendre en compte, dans ses critères de choix des matériaux, cadences sur certains éléments peut permettre l'emploi de maté-
l'existence - ou non - de méthodes prédictives de durabilité. riaux et de procédés de transformation différents.
3. Le respect de l'environnement. Il concerne aussi les
Les conséquences
matériaux. En effet, près de deux millions de véhicules sont mis
au rebut chaque année et 350 000 tonnes de matériaux non Les deux premières exigences ont jusqu'ici induit une
recyclés à ce jour (matériaux de synthèse et verre) partent en augmentation de poids des véhicules. En effet, le confort acous-
décharge. Compte-tenu du prix croissant de la mise en décharge, tique a été obtenu en augmentant le poids des matériaux
et de la fermeture de certains sites, cette solution sera de plus en insonorisants, et la sécurité a été augmentée en renforçant certai-
plus contraignante. nes parties de la structure. On constate que dans toute l'étendue
4. Le faible coût. C'est un paramètre d'autant plus contrai- de la gamme, et chez tous les constructeurs, le remplacement d'un
gnant que nous sommes plongés dans un contexte de compétition modèle par son successeur se traduit par une augmentation
aiguë. Le coût du matériau et celui de sa mise en œuvre sont bien tournant autour d'une moyenne de 10 %. Cette augmentation
entendu primordiaux. Ils interdisent bien souvent l'utilisation de est tout à fait incompatible avec la diminution de consommation :
matériaux à haute performance. Il faut toujours garder à l'esprit il est donc indispensable que l'évolution du choix des matériaux
que la production automobile est une production de masse aille vers des solutions qui privilégient l'allégement du véhicule.
(environ 2 millions de véhicules par an pour Renault), et qu'un
franc gagné par véhicule conduit à une économie non négligeable.
5. La consommation minimale : Ce facteur sensible pour Suspension et carter de direction en matériaux composites (Renault).
163On sait construire des véhicules légers en utilisant des Usage de matériaux de haute performance
matériaux nouveaux, de faible masse volumique, dérivés de
Matériaux classiques
l'industrie aéronautique, comme les composites, les structures en
nid d'abeille, les alliages d'aluminium ou de magnésium. Il suffit L'acier, sous forme de barres, de tubes, de pièces forgées,
d'admirer les concept-cars ou les véhicules de très petite série usinées, reste le matériau de base de la construction mécanique,
présentés par les constructeurs dans les différents salons. Ces grâce à son aptitude à recevoir des traitements thermiques et
nouveaux matériaux sont plus chers que les matériaux tradition- mécaniques, locaux ou dans la masse, ce qui lui permet de couvrir
nels. Ils nécessitent donc, pour répondre aux exigences de coût, un éventail unique de propriétés mécaniques de résistance, d'en-
une approche particulière de la fonctionnalité des différentes durance et de dureté. Ses handicaps sont ses coûts de transforma-
pièces ou des composants pour leur intégration dans le véhicule. tion et sa densité. Les nouveaux aciers développés sont de très
Ils imposent également une profonde modification des techno- haute propriété inclusionnaire (taille d'inclusion inférieure à 15
logies de fabrication et d'assemblage, et de l'organisation des Jim), avec une teneur très faible en éléments résiduels (P, O, S)
lignes de montage. C'est toute l'interaction conception-production permettant d'obtenir des résistances allant jusqu'à 2000 MPa, et
qui est remise en question. trouvant leurs applications dans les engrenages et les ressorts. On
Le paramètre environnement se rattache bien sûr à la notion notera aussi un retour aux vilebrequins forgés pour les moteurs
de recyclage des matériaux ou de récupération des pièces. Il est fortement sollicités, grâce au gain apporté en rigidité et en
évident que les matériaux plastiques, qui offrent par ailleurs vibration par rapport au matériau fonte à graphite spheroidal.
d'énormes possibilités d'innovations et d'allégement, sont, pour La fonte, par rapport à l'acier forgé, a des propriétés méca-
l'instant, handicapés par cet aspect. Cependant, les chimistes avec niques plus limitées, mais offre les avantages de l'obtention de
les transformateurs et les constructeurs sont en train de mettre en formes compliquées, d'une bonne usinabilité, d'une meilleure
place des solutions techniques et pratiques de récupération et de conductibilité thermique, de bonnes propriétés de frottement. La
recyclage. C'est ainsi qu'aujourd'hui bacs de batteries et boucliers fonte continuera à trouver de nombreuses applications sous la
en polypropylene sont récupérés, broyés et recyclés, et que toutes forme à graphite spheroidal (vilebrequin, porte-fusée, bras de
les pièces plastiques de plus de 100 grammes sont marquées pour suspension), sous la forme de fonte grise (carter-cylindre, arbre à
en faciliter leur tri. Il est également évident que les matériaux came, disques de freins), ou de fonte à graphite spheroidal alliée
composites et les multimatériaux, difficiles à séparer, sont tribu- au Silicium-Molybdène ou au Nickel à 20-35 % (collecteur
taires du paramètre « recyclabilité ». Enfin, une autre consé- d'échappement). Notons les progrès continus effectués pour la
quence sur les futurs véhicules est la nécessité de considérer, dès réalisation de parois minces, et pour l'augmentation de la résis-
la conception, la démontabilité des différentes pièces ou sous- tance au fluage.
ensembles. Les alliages d'aluminium ont bien entendu l'avantage de
leur faible masse volumique (près de 3 fois inférieure à celle de
l'acier), de leur grande facilité de mise en œuvre, de leur bonne
ASPECTS PROSPECTIFS DE conductibilité thermique, mais l'inconvénient d'un module
d'élasticité faible (3 fois inférieur à l'acier), et surtout un prix élevé
L'ÉVOLUTION DES MATÉRIAUX (3 à 4 fois supérieur à celui des alliages ferreux) et fluctuant. Les
culasses sont toutes en ce matériau, ainsi que de nombreuses
Le matériau en lui-même n'intéresse pas le concepteur. Il pièces mobiles comme les pistons, les culbuteurs. Les contraintes
n'est qu'une des composantes d'un vaste système interactif qui d'allégement conduisent déjà à la réalisation de carters (boîte de
tient compte des procédés de mise en œuvre, des technologies déjà vitesses, couvre-culasse, collecteur d'admission, etc.), et sont un
en place et maîtrisées, des outils de conception, des possibilités de vecteur de l'introduction de l'aluminium dans des pièces mécani-
modélisation et de simulation, et qui conduit aux performances ques (ou de structure). Le cas du carter-cylindre est particulière-
demandées, à la qualité, et au coût minimal du nouveau produit. ment intéressant, car les deux matériaux sont en compétition,
C'est la fonction définie par le cahier des charges qui est primor- fonte grise coulée en sable et alliage d'aluminium coulé sous
diale. Et le matériau le plus performant sera celui qui répond au pression. L'atout majeur de l'aluminium est son faible poids, mais
juste nécessaire pour toutes ses caractéristiques. le prix de la matière entre pour 35 % (10 % pour la fonte). Les
Peu de matériaux obéissent à la totalité des critères , ce qui atouts de la fonte, outre le prix, se trouvent dans la possibilité
explique de nombreuses désillusions : pour qu'un matériau puisse d'intégrer les chemises, de réaliser une tablature fermée conférant
s'imposer, il convient que ses points forts soient réellement à l'ensemble une résistance et une rigidité élevée (important pour
critiques et valorisables pour l'application visée, et que ses faibles- le diesel), et de réduire ainsi la longueur hors tout du moteur (très
ses ne soient pas rédhibitoires. Une évolution continue par intéressant pour le moteur transversal). La compétition entre ces
itérations successives permet de limiter la prise de risque, ce qui deux matériaux est fonction bien entendu de considérations
explique le conservatisme apparent des solutions actuelles et la techniques, mais le contexte industriel reste primordial (installa-
prédominance des matériaux métalliques. L'introduction de tions déjà existantes). C'est le choix de l'une ou l'autre solution
matériaux réellement nouveaux pour l'automobile va se faire plus qui influence le pourcentage massique d'aluminium actuellement
facilement dans le cas de nouvelles fonctionnalités (céramique présent dans un véhicule.
pour les supports de catalyseurs), et de production de faible
Matériaux nouveaux
volume (transmission composite pour véhicule 4 x 4 ) .
A partir de ces quelques remarques préliminaires, nous Les alliages de magnésium sont une fois et demie plus légers
allons examiner les axes de progrès liés aux matériaux pour que l'aluminium, avec des propriétés spécifiques résistance/masse
applications mécaniques. volumique pratiquement identiques. Leur coût est légèrement
164plus important. Les reproches faits à ces alliages sur leur D'autres applications faisant intervenir des fibres courtes et une
inflammabilité et leur faible résistance à la corrosion sont prati- mise en forme par injection de thermoplastiques, qui concurren-
quement résolus grâce au développement d'alliages magnésium- cent les alliages d'aluminium, sont déjà sur des véhicules de grande
9 % aluminium-1 % zinc de très haute pureté (fer, cuivre, nickel série (couvre-culasse, rampe d'injection, répartiteur d'air d'ad-
à l'état de traces), et à une meilleure connaissance des phénomènes. mission), mais ces pièces ne sont pas réellement des pièces
Seule la corrosion galvanique pouvant apparaître dans les as- mécaniques. Il est cependant indéniable que ce type de matériau
semblages reste encore préoccupante. Le magnésium doit con- doit se développer, car il permet d'obtenir des pièces aux propriétés
currencer directement l'aluminium dans des pièces telles que les spécifiques avec un gain de poids important, et une intégration de
carters et les jantes (dans ce dernier cas, au lieu de dire jantes en fonctions qui conduit à une réduction du nombre de pièces à
alliage, le journaliste devra spécifier en alliage d'aluminium ou en assembler.
alliage de magnésium). Les céramiques thermomécaniques ont suscité un très grand
Les alliages de titane possèdent un des meilleurs rapports engouement, ces dix dernières années, car elles permettaient de
résistance sur densité et sont donc les alliages idéaux pour les réaliser des économies d'énergie sur deux plans : par diminution
pièces mécaniques mobiles. Mais leur coût (plus de 100 fois celui des pertes thermiques et des pertes mécaniques (frottement). La
de l'acier) interdisent aujourd'hui l'utilisation en grande série réalisation d'un moteur tout céramique a été pratiquement aban-
d'applications telles que bielles, soupapes, ressorts de soupapes, donnée (sauf par Isuzu au Japon), et l'intérêt se porte sur d'autres
qui existent sur des moteurs de compétition. propriétés des céramiques. Isolation thermique dans le cas de la
Les composites à matrice métallique sont constitués d'une préchambre de moteur Diesel (Toyota, Mazda), pipes d'échappe-
matrice en alliage d'aluminium et de 15 à 20 % en volume de ment (Porsche), réduction de l'usure et du frottement dans le cas
renforts. Ces renforts sont soit des fibres courtes de longueur de patins de culbuteurs (Mitsubishi, Isuzu), allégement de masses
inférieure 150 |Um (alumine/silice), soit des particules (carbure de mobiles pour des rotors de turbocompresseurs (Nissan), des
silicium ou alumine). Dans le cas des fibres, les matériaux sont mis soupapes (Honda, Ferrari ?), des guides de soupapes et des axes de
en forme par infiltration sur une préforme, tandis que les compo- piston. A part ces quelques applications, l'introduction des cé-
sites à particules sont mis en forme par tous les procédés de ramiques est plutôt un échec, dû au coût, à la dispersion des
fonderie. Il en résulte dans les deux cas des applications potentiel- propriétés plus qu'à la fragilité, et au faible supplément de
les différentes : des renforts locaux pour les composites à fibres prestations. Il n'en demeure pas moins que le potentiel de ces
courtes (pontets intersoupapes, bielles, pistons), des pièces mas- matériaux existe et que les exemples de pièces citées peuvent
sives pour les composites à particules (disques de freins, arbres de réapparaître si les coûts de la mise en œuvre sont maîtrisés.
transmission, culasses). Les avantages de ces matériaux résident
dans une augmentation des propriétés mécaniques à l'ambiante Maîtrise de Vingéniérie des surfaces
(+ 20 à 30 %) et surtout à chaud (50 à 100 % à 300°), une Nous avons considéré précédemment les propriétés des
diminution du coefficient de dilatation, pour une masse volumique matériaux massifs. En fait, dans de nombreuses applications
faible. Il faut aussi y ajouter une résistance à l'abrasion et à l'usure mécaniques (fatigue et frottement/usure), ce sont les couches
pour les composites à particules. Par contre, de nombreux incon- superficielles des matériaux qui sont concernées par les sollicita-
vénients subsistent au niveau de la faible ductilité et de la faible tions. Et dans ce domaine, les traitements mécaniques, thermi-
ténacité, de la dispersion des propriétés, et surtout du prix, qui est ques ou thermochimiques, les dépôts, conduisant à modifier la
actuellement, par rapport à l'aluminium, multiplié par 4 pour les composition et/ou les caractéristiques mécaniques des couches
composites à particules et par 10 à 30 pour les composites à fibres. superficielles créent un matériau nouveau dans le sens où ses
Ce facteur prix contribue également au développement de ren- propriétés évoluent du cœur vers la surface, avec une meilleure
forts locaux pour les fibres et à celui des pièces massives pour les adaptation de la pièce au cahier des charges, et avec une économie
particules. Les applications actuelles sont encore au stade du substantielle en évitant l'usage d'un matériau massif plus coûteux.
développement. Notons enfin que les alliages de magnésium Prenons l'exemple des cylindres moteur qui doivent présen-
peuvent aussi être renforcés de façon analogue. ter une bonne tenue à l'usure, une faible traînée au frottement,
Les composites à matrice organique ont déjà trouvé un une étanchéité aux gaz de combustion. Dans le cas des cylindres
certain nombre d'applications pour les petites séries. Les avanta- en fonte, différents traitements de durcissement sont déjà utilisés
ges concernent des propriétés mécaniques spécifiques (résistance/ à petite échelle :
masse volumique), la résistance à l'endommagement, ou le faible - la trempe superficielle qui permet de traiter par induction
investissement, mais les inconvénients sont encore liés au prix des toute la surface intérieure, mais l'épaisseur importante (> 1 mm)
renforts et des résines et surtout au temps de cycle, qui atteint trempée conduit à un gonflement ; il y a nécessité de reprendre
plusieurs minutes. Les matrices de ces composites pour applica- l'alésage par rodage.
tions mécaniques sont en résine thermodurcissable renforcée - la trempe par laser qui assure le traitement de zones
généralement de fibres de verre continues (50 % en volume) : le localement durcies sous forme de bandes génératrices ou hélicoï-
cas le plus intéressant est sans aucun doute celui des lames de dales, avec une épaisseur faible de traitement (> 0,3 mm) ;
suspension qui, sur le véhicule utilitaire Trafic de Renault, ont - la nitruration ionique, bien au point sur les geometries
remplacé les lames d'acier avec un gain de 17 kilos. Cette convexes, est difficile à mettre en œuvre dans les parties creuses ;
application devrait s'étendre à des véhicules de grande série si le - les inserts ou la projection de céramiques restent coûteux
problème de la cadence de fabrication peut être résolu. Une autre au niveau de la mise en œuvre et nécessitent une finition soignée.
application, concurrençant aussi l'acier, est l'arbre de transmis- Dans le cas du carter-cylindre en aluminium, avec chemises
sion de l'Espace Quadra dont la matrice epoxyde est renforcée par en aluminium, on peut envisager :
enroulement filamentaire de fibres de carbone et de fibres de verre. - un revêtement électrochimique de nickel chargé de par-
165ticules dures de silicium, qui assure une réduction de portance sur contexte socio-économique. Et maintenant, travaillant dans l'en-
ces particules ; treprise, combien la lecture d'articles vieux de quelques années
- des projections thermiques, par plasma ou laser, de céra- révèle le danger d'affirmations sans faille : les céramiques, et les
mique type carbure de silicium et de métal type nickel, avec composites à un degré moindre, en sont un bel exemple.
formation d'un alliage superficiel. Ce procédé aurait un temps de Le développement des futurs matériaux sera caractérisé par
cycle réduit par rapport au dépôt électrochemique. la combinaison de connaissances déjà existantes plus que par
Nous nous limitons volontairement à cet exemple qui l'émergence de matériaux entièrement nouveaux. De récents
montre la variété des possibilités de modifications des surfaces traitements sur les matériaux conventionnels, - comme les traite-
dans une application frottement. D'autres exemples liés à la ments de surface - , prendront une importance croissante, et les
pignonnerie, à la culbuterie moteur auraient pu être également développements des méthodes de simulation et de modélisation
cités. La maîtrise du traitement de surface participe à l'utilisation du comportement et de la mise en œuvre seront une condition
de matériaux classiques ou nouveaux. nécessaire pour les applications nouvelles. Les développements et
innovations réalisés avec les nouveaux matériaux ou les nouveaux
Maîtrise des procédés de transformation des matériaux
traitements, viendront après ceux optimisés pour tirer parti des
La transformation des matériaux pour la fabrication de possibilités des matériaux ou des traitements conventionnels.
pièces automobiles exige la mise en œuvre de procédés, et c'est
d'ailleurs essentiellement à ce niveau que se situe la valeur ajoutée
de cette industrie. On ne peut donc dissocier matériaux nouveaux
et maîtrise des procédés de mise en œuvre.
- Le formage doit conduire à l'obtention de formes plus
élaborées ou de cotes plus précises pour diminuer le procédé
d'usinage toujours très coûteux. Des techniques nouvelles de
forgeage isotherme à tiède, de fonderie de précision (loastfoam,
squeeze-casting, rhéomoulage), d'injection de matière plastique
{Structural Reaction Injected Moulding), de céramiques, se déve-
loppent parallèlement à la définition de nouveaux matériaux. Un
des moyens de formage dont nous aurions pu parler pour les
matériaux est le frittage, qui élabore des pièces à partir de poudres.
Ce procédé permet d'obtenir des pièces finies ou des alliages (ou
composites à matrice aluminium) de composition et de structure
impossibles à élaborer par d'autres procédés. Des sièges de sou-
pape, des guides de soupape, des patins de culbuteurs, des
anneaux et moyeux de synchro, des baladeurs sont déjà élaborés
par métallurgie des poudres. La maîtrise améliorée du procédé de
frittage devrait conduire à des applications plus nombreuses
(seulement quelques kilos dans les véhicules d'aujourd'hui).
Ces procédés de formage sont souvent exploités industriel-
lement de façon empirique. L'optimisation des procédés de mise
en œuvre va se faire de plus en plus par la simulation et la
modélisation des procédés de fonderie, de traitement thermique,
d'injection des matières plastiques. Cette approche est aussi une
composante indispensable de l'introduction de nouveaux maté-
riaux dans l'automobile, parallèlement à la même démarche qui
permet de prévoir le comportement en service de la pièce en
fonction des caractéristiques du matériau et des sollicitations. Ces
outils de calcul, autorisant une utilisation optimisée des formes et
des dimensions, entraînent une interaction forte entre concep-
tion et réalisation. Ils sont source, par la meilleure utilisation des
matériaux, de gains d'allégement et de coût non négligeables.
LA DIFFICULTÉ DE LA PROSPECTIVE
Le lecteur trouvera cet article sans affirmation péremptoire.
C'est que la prospective est un exercice difficile. Je me souviens
encore, qu'étudiant sur les bancs d'une école d'ingénieurs il y a
près de trente ans, notre professeur prédisait la voiture tout
plastique dans les années soixante-dix, en évitant de dire en quoi
serait le moteur. Plus récemment, enseignant la métallurgie, Note
combien de fois ai-je privilégié la performance des matériaux en Je remercie Messieurs Criqui, de Roo, Guimier et Jacques pour leur
laissant de côté tous les facteurs d'investissement, en oubliant le contribution directe ou indirecte à la rédaction de cet article.
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