La technologie légère a longtemps été et restera à coup sûr un pilier de l'ingénierie automobile et aérospatiale, la construction navale et une foule d'autres industries. Des matériaux et des composants plus légers pourraient également aider à réduire les émissions qui entraînent le changement climatique. Mais les options plus légères sont plus chères, et le coût relativement élevé a entravé leur adoption. Cela est sur le point de changer grâce aux efforts d'un consortium de constructeurs automobiles, fournisseurs et instituts de recherche. Appelé ALLIANCE et coordonné par Daimler et le Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF, ce projet a de bonnes nouvelles pour les concepteurs :il s'avère que, il est tout à fait possible de construire des composants jusqu'à 33 % plus légers pour un surcoût de moins de trois euros par kilogramme économisé.

Si nous voulons lutter contre le changement climatique, nous devrons réduire les émissions nocives des voitures. Une façon de le faire est de construire des véhicules plus légers. Les constructeurs automobiles ont mis du temps à s'engager dans cette voie parce que les composants légers sont chers. Ils sont tout simplement trop chers pour les modèles économiques. Si les conceptions légères doivent se généraliser et constituer la majorité des composants installés, les ingénieurs devront trouver un moyen de faire baisser les prix.

CO 2 émissions réduites de 25 pour cent

C'est exactement ce que les nombreux partenaires engagés dans le projet AlliaNCE d'automobiles légères et abordables de l'UE – ou ALLIANCE en abrégé – ont entrepris de faire. Ils ont sondé le potentiel d'économies et développé des technologies pour saisir les opportunités les plus prometteuses. Six grands constructeurs automobiles, six fournisseurs de composants et de matériaux, et divers instituts de recherche ont participé à ce projet coordonné par Daimler et l'Institut Fraunhofer pour la durabilité structurelle et la fiabilité des systèmes LBF à Darmstadt. "Ensemble, nous avons pu établir qu'une conception légère et rentable est réalisable, " dit le Pr Thilo Bein, Responsable de la gestion des connaissances chez Fraunhofer LBF. En tant que secrétaire de projet désigné, il a assuré la liaison entre les partenaires, suivi des résultats, réunions organisées, etc. « Nous avons réussi à alléger les composants individuels de plus de 30 %, réduisant ainsi leur part de CO 2 de 25 % d'émissions, avec des coûts par composant n'augmentant que de 2,67 € par kilogramme économisé en moyenne, ce qui est acceptable pour les constructeurs automobiles. » Les protagonistes de ce projet ont constaté que les coûts peuvent être encore plus bas si le CO 2 et les bilans énergétiques sont pris en compte dès le départ.

Concevoir d'abord, rejoindre en dernier

Les scientifiques de Fraunhofer LBF ont fait plus que simplement aider à coordonner le projet. Ils ont également apporté leurs compétences de recherche dans la conception des composants. Les ingénieurs doivent optimiser de bas en haut tous les nouveaux matériaux dans les pièces automobiles. Ils affinent le poids de ces composants, l'épaisseur de leurs murs, et leurs fréquences naturelles, qui sont importants pour gérer le bruit, entre autres paramètres. Ils utilisent souvent la méthode des éléments finis à cette fin. Prendre, par exemple, un garde-boue. Son concepteur créerait d'abord une maquette virtuelle, puis divisez-le en plusieurs petites unités pour calculer et optimiser le comportement physique de cette pièce. L'inconvénient de ces modèles est qu'ils sont terriblement complexes. "C'est pourquoi nous avons développé chez Fraunhofer LBF un modèle paramétré qui simplifie énormément cette procédure, " dit Bein. Ces experts ont rationalisé le modèle, réduire sa complexité tout en conservant des paramètres tels que le poids, fréquence naturelle ou épaisseur de paroi. Ce modèle plus simple sert à optimiser les paramètres, qui sont ensuite redirigés vers le modèle d'éléments finis d'origine. "Cette optimisation multi-paramètres peut être utilisée à la fois au début de la phase conceptuelle et plus tard lors du détail de la conception, " explique Bein. Testant leur méthode sur un module de démonstrateur virtuel pour un composant front-end Opel, les chercheurs ont trouvé qu'il s'agissait d'une grande aide :il permet de concevoir des composants avec moins d'étapes itératives et offre un meilleur moyen d'atteindre les paramètres cibles.

Les modalités d'adhésion étaient également à l'ordre du jour du projet ALLIANCE. Ceux-ci devaient connecter des composants légers de manière sûre et ferme. L'effort de développement a identifié 14 différents processus d'assemblage appropriés. Les experts de Fraunhofer ont apporté leurs connaissances spécifiques au moment de tester la durabilité structurelle. Chargé d'étudier les procédés d'assemblage hybrides qui combinent des rivets avec des liaisons adhésives, ils ont soumis des échantillons de type composant à diverses charges cycliques pour déterminer dans quelle mesure les joints résisteraient à l'usure. Les chercheurs de Fraunhofer LBF ont également testé un soubassement en plastique Toyota pour la durabilité structurelle. Les résultats des deux tests étaient bons.

Ce projet a suivi son cours, mais le consortium a décidé d'étendre ses recherches, donc un projet de suivi est en préparation. « Les résultats seront intégrés au développement de produits au cours des prochaines années, " dit Bein, parler avec assurance.