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Définition et implications du concept de voiture propre

 

B. L'ÉCOFABRICATION DES VOITURES

La première étape de vie d'une voiture est sa conception et sa fabrication. C'est dès ce stade que doit être prise en compte la nécessité de minimiser son impact sur l'environnement.

1. Écoconception : matériaux, légèreté, démontabilité...

L'écoconception du véhicule est devenu un impératif pour les bureaux d'études et les industriels comme pour les sous-traitants. Elle touche tous les éléments de la voiture.

Sans avoir ici un développement exhaustif sur le sujet, il est intéressant de relever quelques exemples représentatifs. Les objectifs sont l'allègement, la réduction des coûts, l'isolation thermique, mais aussi la simplification et la démontabilité pour préparer le recyclage.

· Les métaux

Les métaux (acier pour l'essentiel) représentent une part très importante du poids d'une voiture : 40 % de son poids moyen et 90 % de celui de la caisse en blanc (ossature du véhicule). C'est un secteur clef pour les progrès à accomplir en termes d'écoconception.

Pour les aciers, Arcelor a mis au point, dans son centre de recherche de Montataire (Oise), un matériau spécial destiné aux capots, pavillons, hayons, portes et ailes, permettant un allègement de 20 à 40 %. Il s'agit de structures dites « sandwich Usilight »15(*). Ce matériau est constitué de deux parements en acier revêtu au zinc et d'une âme en polymère capable de supporter les températures atteintes lors de la cataphorèse16(*). Il s'agit donc de panneaux colaminés combinant la facilité de formage et de mise en peinture de l'acier avec la résistance aux petits impacts du polymère.

Dans le domaine des alliages d'aluminium, Alcan poursuit des recherches pour mettre au point des matériaux susceptibles d'apporter des allègements plus importants que les aciers spéciaux tout en restant compétitifs en termes de coût. En effet, l'aluminium est cher, difficile à travailler et à réparer, nécessite un équipement spécifique des concessions et ne concerne donc que des voitures haut de gamme (Audi A8 et A2, Jaguar XJ...) ou des pièces interchangeables sur les modèles communs. Sont notamment étudiés des intérieurs de porte allégés de 45 % grâce à l'utilisation de tôles en alliage d'aluminium soudées par friction. L'un des défis de l'aluminium est aussi de s'intégrer à des carrosseries en acier, seules quelques pièces étant en aluminium. Alcan travaille ainsi dans son centre de recherche de Voreppe (Isère), sur un alliage d'aluminium, de silicium et de magnésium qui ne se déforme pas lors du recuit de la mise en peinture.

Des recherches sont en cours sur le magnésium, 36 % plus léger que l'aluminium. Son utilisation pose encore de nombreux problèmes : tenue à la corrosion et à l'abrasion, mise en forme. Il pourrait être utilisé dans les moteurs pour former des alliages plus légers.

· Les plastiques

Si l'utilisation des plastiques n'a pas progressé fortement ces dernières années en pourcentage de la masse des véhicules, les recherches se poursuivent pour utiliser des plastiques recyclés (cf. ci-dessous) ou leur permettre de remplacer des pièces plus lourdes.

C'est le cas notamment du polycarbonate qui pourrait remplacer progressivement l'ensemble des vitres des automobiles. Exatec, filiale de Bayer et General Electric, a mis au point un matériau dont la production doit prochainement commencer en République tchèque. L'objectif est de réduire le poids de 50 % par rapport au verre.

Cependant, ces matériaux doivent démontrer leur capacité à résister aux frottements et intempéries tout au long de la durée de vie d'un véhicule. Ils doivent également être aussi performants que le verre en termes d'isolation phonique. Last but not least, ils ont aussi l'obligation de pouvoir se briser en cas d'accident pour permettre le sauvetage des passagers et leur désincarcération.

· L'électronique embarquée

L'électronique embarquée des voitures modernes nécessite de la puissance électrique mais aussi un important câblage, estimé en moyenne entre 1 et 2 km de long et pesant 50 kg. Sur les voitures haut de gamme, le nombre de calculateurs peut être supérieur à 80 et celui des fils électriques à un millier. Les puissances de calcul ont été multipliées par 2.000 en 20 ans. Une Peugeot 607 a une puissance de calcul 100 fois supérieure à un Airbus A 300 lancé en 1975.

Depuis le milieu des années 1980, le multiplexage s'est développé dans l'automobile (CAN - controller area network - chez BMW). Il est constitué de fils transportant l'énergie électrique et de fils transportant les données. Il a permis des progrès significatifs, mais est aujourd'hui dépassé.

Il est envisagé d'une part l'utilisation de courant porteur, et d'autre part un nouveau système de multiplexage plus rapide et efficace baptisé « Flex Ray ». Ce nouveau système doit permettre de fusionner les différents réseaux, séparés aujourd'hui, en place dans une voiture. Il doit entrer en application à partir de 2008.

· Les revêtements des pièces mobiles pour réduire les frottements

Pour améliorer les performances en termes de consommation et d'émissions, l'allègement n'est pas la seule voie possible. De nombreuses recherches sont effectuées sur la réduction des frottements dans les moteurs, qui représentent 41 % des pertes d'énergie.

Les pistons représentent la part principale (44 %) de ces frictions internes, c'est pourquoi les chercheurs du CEA de Grenoble travaillent sur le revêtement des pistons des moteurs. Ils parviennent ainsi à revêtir les parties les plus exposées des pistons de couches microscopiques de métaux ou d'alliages présentant autant de durabilité mais moins de résistance au frottement que l'aluminium. Des revêtements nanostructurés ou par projection d'électrons sont aussi étudiés.

· L'isolation thermique

L'isolation thermique des véhicules est un autre grand défi partout où les systèmes de climatisation se sont développés, en raison de l'impact de ces dispositifs sur la consommation.

De nombreux travaux sont menés sur ce sujet et progressivement introduits sur le marché. Vos rapporteurs ont notamment pu prendre connaissance des recherches et des expériences menées sur ce sujet à l'université de Berkeley (Californie) par la division des technologies environnementales. Ces chercheurs ont expérimenté le rétrofitage complet d'une Ford Taurus de 1999 avec pour objectif de réduire de 70 % ses besoins de chauffage ou de refroidissement par l'utilisation de systèmes d'isolation.

Des isolants en aluminium avec des cellules vides en nids d'abeille emprisonnant de l'air, ne craignant pas l'eau, extrêmement légers et flexibles, ont été mis au point. Ces cellules peuvent aussi emprisonner des gaz rares (xénon, krypton, argon) selon la performance souhaitée, les meilleurs résultats ayant été obtenus avec du xénon. L'intérieur de la voiture a ainsi été presque totalement tapissé de ce matériau.

En outre, les vitres ont été modifiées. Elles ont été équipées d'un double vitrage de polycarbonate ou d'acrylique. Les deux parois, celle en verre et celle en plastique, ont été revêtues à l'intérieur d'un revêtement limitant l'impact du rayonnement solaire.

Le résultat final s'est avéré supérieur aux objectifs puisque le besoin de refroidissement a été réduit de 75 % et celui de réchauffement de 85 %.

· La conception de pièces en vue du recyclage

Deux exemples, celui d'un bouclier de la Renault Mégane et d'un amortisseur d'une Renault Espace IV, illustrent une démarche désormais répandue dans l'industrie automobile pour atteindre les objectifs fixés au niveau européen.

Pour le bouclier de la Renault Mégane, cinq étapes successives sont identifiées par le constructeur pour l'intégrer dans un cycle vertueux prenant en compte l'impact environnemental :

- Connaître et choisir les matériaux : 99 % en polypropylène dont plus d'un tiers en matière recyclée, une innovation de Renault développée avec Plastic Omnium.

- Évaluer la capacité de la pièce à être recyclée en utilisant l'outil de cotation I.R.F (indice de recyclage de la fonction). Le bouclier a obtenu 80 sur 100.

- Intégrer la recyclabilité dès la conception :

* en supprimant des fixations métalliques pouvant détériorer les couteaux des broyeurs,

* en choisissant des matériaux séparables par des procédés de tri post-broyage,

* en permettant aux acteurs du recyclage de démonter le bouclier en 2 minutes.

- Travailler en collaboration avec les acteurs du recyclage pour que le bouclier puisse être réutilisé, par exemple sous forme de granulés pour refaire de la matière.

- Capitaliser cette expérience pour faire progresser la conception des futurs véhicules.

Dans le cas d'un amortisseur d'une Renault Espace IV, la démarche est équivalente :

- Connaître et choisir des matériaux : 82 % acier, 11 % d'huiles, 7 % de plastiques et de caoutchouc (famille des polymères et des élastomères).

- Évaluer la capacité d'extraire le fluide. Les concepteurs utilisent l'I.R.F. La fonction d'extraction des fluides de l'Espace IV a obtenu 76 sur 100.

Source : Renault, Alice de Brauer, 2005

- Intégrer la recyclabilité dès la conception en signalant le point de perçage pour les recycleurs (marquage en blanc sur la photo) pour extraire l'huile en moins de 2 minutes.

- Travailler avec les acteurs du recyclage pour que le fluide puisse être recyclé dans les filières huiles, l'amortisseur soit broyé et suive ensuite la filière des résidus de broyage.

- Capitaliser cette expérience.

* 15 Industries et technologies, n°870, septembre 2005, Michel Le Toullec.

* 16 La cataphorèse est une technique de peinture qui consiste à immerger la pièce dans un bain de peinture hydrosoluble, en mettant la pièce en cathode, d'où le nom de cataphorèse, et en faisant migrer les particules de peinture en suspension dans le bain au moyen de courant électrique, de l'anode vers la cathode. Les particules se déposent en une fine couche uniforme, 20 microns. Cette technique permet le traitement intérieur des pièces. La peinture est ensuite cuite.