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08 avril 2021

Les minéraux, un atout de poids pour alléger les véhicules

Les voitures deviennent de plus en plus légères grâce aux minéraux utilisés comme additifs dans les pièces automobiles en plastique. Une manière de réduire les émissions de CO2 tout en conservant un niveau de sécurité élevé.

Lightweighting vehicules is a key way to reduce CO2 emissions. Discover how replacing metal parts with mineral-infused plastic parts is a sustainable solution, while maintaining high safety standards.

Si vous avez déjà dû pousser un véhicule pour le faire démarrer, vous serez ravi d’apprendre que les voitures sont en train de devenir plus légères. Mais ayez une pensée pour le révérend Kevin Fast (photo), qui a bâti sa réputation d'homme fort en poussant et en tirant les engins les plus lourds possible. Le pasteur canadien a réalisé de multiples performances enregistrées dans le Livre Guinness des records. Il détient notamment le record du plus grand nombre de voitures (15) tirées par un individu et du véhicule le plus lourd (un camion de 99 tonnes) sur plus de 30 mètres.

En 1977, lorsque le tournoi World's Strongest Man a introduit l'épreuve de traction de véhicule, les voitures étaient très lourdes, car presque entièrement fabriquées en aluminium, en fer et en acier. Il faudra attendre la décennie suivante pour voir se développer la tendance à l'allègement des pièces automobiles externes grâce à l'utilisation de matériaux polymères.

Leonardo Cunha, responsable marketing pour les polymères chez Imerys, explique : « Les constructeurs automobiles recherchaient des matériaux plus légers pour améliorer l'efficacité des véhicules et réduire la consommation d'énergie ainsi que les émissions de CO2. Ils voulaient également pouvoir créer des designs plus sophistiqués. »

Très vite, les polymères ont remplacé le métal dans de nombreuses pièces, telles que les pare-chocs, les déflecteurs, les hayons et les éléments intérieurs.  

Les constructeurs peuvent diminuer le poids de la voiture sans nécessairement réduire sa taille, grâce à l’utilisation de matériaux moins denses. Un véhicule léger consomme moins de carburant, car il a besoin de moins d'énergie pour se rendre d’un point A à un point B.

Gilles Meli, Responsable Développement Polymères Science & Technologie chez Imerys, précise : « On admet généralement qu’une diminution de 100 kg du poids de la voiture entraîne une réduction des émissions de CO2 de 4 g/km pour un moteur thermique. »

Le remplacement des pièces métalliques traditionnelles par des polymères plus légers présente également un intérêt pour les voitures électriques. Cela permet de contrebalancer le poids des batteries, qui sont plus lourdes qu'un moteur à combustion interne. Les voitures électriques sont censées avoir une empreinte carbone inférieure à celle des véhicules à moteur thermique sur l’ensemble de leur durée de vie. Elles sont d’autant plus respectueuses de l'environnement qu’elles sont plus légères et consomment par conséquent moins d'énergie pendant les trajets.

8 à 10%
Réduction du poids des voitures grâce au remplacement des pièces en métal par des polymères plastiques

Le talc améliore la rigidité et la résistance aux chocs

La réglementation en matière de sécurité continue d'évoluer afin de garantir que le remplacement des plaques en acier par des éléments en polymère n’expose pas les conducteurs ou les passagers à un risque accru.

Les pièces automobiles en plastique nécessitent des additifs minéraux adaptés afin d’apporter une rigidité optimale, qui se traduit par une minimisation des impacts. Lors d’un accident, l'énergie est dispersée. Du fait de sa flexibilité, le plastique absorbe mieux les chocs que le métal, empêchant ainsi la transmission de l'énergie au conducteur ou aux passagers.

Naturellement plus léger que le métal, le plastique est en outre plus malléable et plus facile à mouler. Il permet donc d’obtenir des pièces fines et complexes, impossibles à réaliser avec de l'acier. Du talc est ajouté au polypropylène pour apporter la rigidité nécessaire, puis le mélange fondu est injecté dans des moules. 

Gilles Meli explique : « Les concepteurs et les ingénieurs peuvent repenser la géométrie des pièces automobiles et développer des solutions plus efficaces pour absorber les chocs. Le plastique permet aux fabricants d’associer différents éléments ou de créer de minuscules pièces intérieures pour remplir les interstices et favoriser l'absorption de l'impact. La réduction de l’épaisseur des pièces rend également les voitures plus légères. »

« De plus, ajoute Leonardo, la flexibilité du plastique a donné aux concepteurs automobiles une plus grande liberté. Les voitures futuristes que nous avons aujourd'hui n'existent que parce que les polymères nous ont permis de nous affranchir des formes carrées imposées par le métal. Nous n’avons pas seulement permis de remplacer le métal, nous permettons aussi désormais de réduire la charge minérale et le remplacement de solutions plastiques coûteuses. »

12
kilogrammes
Quantité approximative de talc dans une voiture

Les minéraux de haute performance rendent les voitures encore plus légères

Un talc de grande qualité diminue la quantité de minéraux nécessaire pour obtenir la rigidité souhaitée par les fabricants, ce qui réduit encore davantage le poids total de la voiture.

Imerys a l’avantage technologique d’avoir été le premier fournisseur à développer un talc à Haut Indice de Lamellarité, nommé HAR® (High Aspect Ratio). Ce minéral d'ingénierie a des propriétés améliorées, permettant aux constructeurs automobiles d’utiliser une charge moindre de talc pour atteindre ou dépasser une certaine performance. 

« Nous avons innové sur ce marché, nous continuerons d'investir en ce sens et d’amener de nouvelles solutions », affirme Leonardo.

Talc extracted from Luzenac (France) is used as an additive to plastics

Le talc extrait à Luzenac (France) est utilisé comme additif dans les plastiques.

Le graphite et les noirs de carbone assurent la conductivité thermique et électrique

Traditionnellement, ce sont également des composants métalliques qui assuraient la régulation thermique des voitures. Des polymères plastiques plus légers peuvent désormais être utilisés à la place, grâce à des charges thermoconductrices - notamment à base de graphite - qui leur permettent de conduire la chaleur.

Des noirs de carbone conducteurs peuvent aussi être ajoutés aux composés polymères pour rendre les éléments en plastique électriquement conducteurs, et empêcher l'accumulation et la décharge d'électricité statique. Ces minéraux offrent ainsi aux constructeurs automobiles de nouvelles opportunités pour réduire le poids des véhicules.   

Les minéraux permettent d’utiliser du plastique recyclé pour la construction automobile

Les constructeurs automobiles intègrent de plus en plus de polymères recyclés dans les voitures afin de soutenir les ambitions environnementales du secteur. Là encore, les minéraux jouent un rôle clé pour garantir le respect de la réglementation.

Le plastique usagé est broyé et traité, ce qui le rend moins performant que le plastique vierge. Les minéraux permettent de restaurer les propriétés du polymère dégradé pour donner une seconde vie au plastique recyclé. Imerys fournit différents minéraux selon l'utilisation prévue du plastique recyclé, et le fait qu’il soit mélangé ou non à du plastique vierge. Il s’agit néanmoins le plus souvent de talc.

« Le plastique recyclé coûte plus cher, car il subit deux procédés de traitement, explique Gilles. Cependant, les constructeurs automobiles se donnent les moyens de reformuler les polymères avec les bons minéraux pour obtenir les mêmes performances que le plastique vierge. Cette tendance croissante devrait s’accompagner d’une évolution de la réglementation dans un futur proche. »

Crédits photo: Ranald Mackechnie/Guinness World Records.

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