Le constructeur automobile Porsche tire parti des avantages des matériaux organiques dans les applications de fabrication automobile. Le nouveau 718 Cayman GT4 Clubsport comprend des pièces de carrosserie en matériaux composites à fibres naturelles développés dans le Centre d'application pour la recherche sur la fibre de bois HOFZET, qui fait partie de l'Institut Fraunhofer de recherche sur le bois, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, en collaboration avec l'Institut des bioplastiques et des biocomposites IfBB de l'Université des sciences appliquées et des arts de Hanovre.

Les statistiques d'immatriculation indiquent que les voitures neuves deviennent progressivement plus lourdes, en raison, par exemple, de fonctions de sécurité améliorées et d'un plus grand nombre d'équipements électroniques. Ce gain de poids signifie également des niveaux de consommation de carburant plus élevés, aspects contraires à l'objectif général de réduction du CO 2 émissions. Le poids est également un facteur important pour les voitures électriques, car ils nécessitent des batteries plus grosses et donc plus lourdes afin de maximiser la portée, un critère de vente décisif. Par conséquent, les nouveaux développements dans la conception légère sont une condition préalable absolue pour des voitures électriques vraiment efficaces. Selon une étude réalisée par des consultants en affaires chez McKinsey, la part des pièces légères dans les automobiles devra passer de 30 à 70 % d'ici 2030 pour compenser l'augmentation du poids des véhicules résultant des entraînements et moteurs électriques.

Jusqu'à présent, la solution privilégiée ici était les aciers légers et les plastiques renforcés de fibres de carbone. Mais cette solution a aussi ses inconvénients :Tout d'abord, cela implique des défis importants dans l'usinage, réparations et recyclage. Deuxièmement, la fabrication de ces matériaux est très énergivore, soustraire de l'aspect environnemental positif de la réduction de poids.

Bon complément aux fibres de carbone

Les chercheurs de Fraunhofer WKI ont ainsi posé la question de savoir si d'autres matériaux fibreux pouvaient être utilisés pour réduire le poids des composants, n'utiliser des fibres de carbone que là où elles représentent un avantage structurel. Ils ont étudié divers matériaux écologiques facilement disponibles en termes de leurs propriétés techniques, disponibilité et rentabilité, étant donné qu'une solution réalisable pour l'industrie doit avoir des aspects techniques positifs, impacts écologiques et économiques.

Les plastiques renforcés de fibres naturelles se sont avérés être la réponse. En tant que composants dans les composites organiques, les fibres végétales sont une alternative durable pour les carrosseries de véhicules légers. Le composant biogénique améliore l'impact écologique des matériaux composites industriels hautes performances lors de la fabrication, utilisation et élimination.

Economiquement parlant, l'utilisation de matières premières renouvelables est bénéfique car le lin naturel, chanvre, les fibres de bois et de jute sont moins chères que les fibres de carbone et nécessitent moins d'énergie pour leur fabrication. Ainsi, les avantages de la réduction de poids ne s'accompagnent pas d'un prix prohibitif.

Et il y a des avantages supplémentaires dans le traitement industriel et avec des applications dans le véhicule :La structure naturellement développée des composites organiques confère aux matériaux des propriétés d'amortissement acoustique et réduit l'éclatement, ce qui est important en cas de collision.

Porsche lance la production en série

Ces arguments étaient suffisamment convaincants pour Porsche. En s'associant à Porsche Motorsport, les scientifiques de Fraunhofer WKI ont d'abord testé des matériaux organiques pour la préparation en série dans des conditions extrêmes sur une Porsche Cayman GT4 Clubsport en utilisant le laboratoire de développement mobile de l'équipe de course allemande "Four Motors".

« La troisième génération de la « Bioconcept-Car » est sur la piste de course depuis 2015. Les tests combinent l'avantage d'un stress extrême avec un véhicule qui est également homologué pour la route après modifications. Le partenariat avec Porsche AG permet également un développement dans les conditions réalistes d'un constructeur automobile, " dit Ole Hansen, chef de projet au Fraunhofer WKI Application Center for Wood Fiber Research HOFZET. "Nous avons été en mesure d'améliorer continuellement les propriétés des matériaux au cours des quatre dernières années."

Le ministère fédéral allemand de l'Alimentation et de l'Agriculture BMEL a reconnu dès le début les avantages potentiels des fibres naturelles et accompagne encore aujourd'hui le projet en tant que partenaire stratégique. Le BMEL promeut le développement de composants légers biogéniques dans le programme de financement "Ressources renouvelables" avec l'agence centrale de coordination des ressources renouvelables, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. FNR.

Les années d'expérience avec le "Bioconcept-Car" ont été intégrées dans le développement matériel pour les pièces de la nouvelle 718 Cayman GT4 Clubsport, la première voiture en série à présenter des pièces de carrosserie en matériau composite de fibres naturelles. Les portes conducteur et passager ainsi que l'aileron arrière sont fabriqués à partir d'un mélange de fibres organiques. Et le Cayman est un vrai poids plume, pesant seulement 1320 kilogrammes. Un facteur ici est l'économie de poids de 60 pour cent résultant de l'utilisation de matériaux composites organiques au lieu de l'acier dans les portes.

Le matériau composite est constitué d'un système de matrice polymère thermodurcissable renforcé de fibres organiques. Un treillis en fibres organiques est utilisé car les matières premières sont facilement disponibles, il présente une résistance élevée à la traction, et est particulièrement fin, homogène et drapable, formes de pièces facilement adaptables. La facilité avec laquelle il peut être produit à des dimensions précises facilitent l'usinage et l'assurance qualité, même en combinaison avec d'autres composants fabriqués de manière conventionnelle.

Base pour la production à grand volume

Ces aspects sont une condition préalable importante pour une production en grand volume. Fraunhofer WKI a également pris en compte d'autres facteurs dans ses enquêtes, y compris des concepts de recyclage ou de réutilisation en fin de vie et des approches de mise à l'échelle pour les pièces qui doivent être produites en plus grandes quantités.

"Après des tests approfondis dans des conditions extrêmes sur la piste de course, nous avons continué à évaluer nos pièces, ce qui a finalement conduit à la conclusion que ces matières organiques écologiquement bénéfiques remplissent les critères de production en volume, " ajoute Ole Hansen.

Smudo, leader du groupe de rap allemand populaire "Fantastische Vier" et pilote permanent du Four Motors "Bioconcept-Car, " a testé sa viabilité pratique, tout comme un passager spécial qui a fait un essai routier sur le circuit du Nürburgring en août dernier :le ministre fédéral allemand de l'Alimentation et de l'Agriculture, Julia Klöckner.