rapfinal long

Etudes

Lindustrie franaise des matriaux composites

Des enjeux prioritaires pour un dveloppement durable

Lindustrie franaise des matriaux compositesEtude stratgique ralise par

NODAL CONSULTANTSpour le compte de la DiGITIP / SIM

Rapport final

Louis Berreur Bertrand de Maillard Stanislas Nsperger

Rv. 2 du 13 mai 2002 17 dcembre 2001

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AVANT-PROPOSAu cours de ces dernires annes, l'industrie franaise de la transformation des matriaux composites a bnfici d'une croissance rapide et rgulire, soutenue en particulier par la diversit des applications. Pour contribuer maintenir la croissance de cette industrie et alimenter la rflexion des acteurs industriels, la Direction Gnrale de lIndustrie, des Technologies de lInformation et des Postes (DiGITIP) du Ministre de lEconomie, des Finances et de lIndustrie a ralis cette tude stratgique sur "lindustrie franaise des matriaux composites des enjeux prioritaires pour un dveloppement durable". Les matriaux composites disposent d'atouts importants par rapport aux matriaux traditionnels. Ils apportent de nombreux avantages fonctionnels : lgret, rsistance mcanique et chimique, maintenance rduite, libert de formes. Ils permettent d'augmenter la dure de vie de certains quipements grce leurs proprits mcaniques et chimiques. Ils contribuent au renforcement de la scurit grce une meilleure tenue aux chocs et au feu. Ils offrent une meilleure isolation thermique ou phonique et, pour certains d'entre eux, une bonne isolation lectrique. Ils enrichissent aussi les possibilits de conception en permettant d'allger des structures et de raliser des formes complexes, aptes remplir plusieurs fonctions. Dans chacun des marchs d'application (automobile, btiment, lectricit, quipements industriels,), ces performances remarquables sont l'origine de solutions technologiques innovantes. Cependant, pour faire valoir ces atouts et atteindre ses objectifs, lindustrie des matriaux composites doit mieux intgrer dans sa stratgie de croissance la composante environnementale du dveloppement durable. Les volutions rglementaires en termes de recyclabilit et d'hygine et scurit constituent galement des enjeux forts que cette industrie doit relever pour maintenir sa croissance. Les directives europennes en vigueur et les projets discuts actuellement encouragent d'ailleurs la mise en place d'actions collectives volontaires de la part des diffrents secteurs ou filires industrielles, pour matriser l'impact environnemental des produits tout au long de leur cycle de vie. Le secteur des matriaux composites, comme les autres, est concern par ces mesures. Avec l'ensemble des acteurs de la filire, relevons le dfi et faisons que la comptitivit des entreprises en sorte renforce.

Jeanne SEYVET Directrice Gnrale de l'Industrie, des Technologies de l'Information et des Postes

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Etude prospective stratgique sur les matriaux composites

Sommaire

SOMMAIREChapitre 11 2

Objectifs & Contexte ............................................................. 7

Les composites, outil de crativit et de comptitivit ....................................................... 8 Exemples de secteurs dapplication des composites .......................................................... 9 2.1 Construction aronautique .......................................................................................... 9 2.2 Construction automobile............................................................................................. 9 2.3 Secteur du btiment .................................................................................................. 10 2.4 Loisirs et sports......................................................................................................... 10 2.5 Exemples dautres domaines dutilisation des composites....................................... 10 Importance stratgique du secteur des composites.......................................................... 11 Objectifs de ltude ........................................................................................................... 11 4.1 Champ dapplication de ltude................................................................................ 11 4.2 Le secteur franais des matriaux composites .......................................................... 12 Droulement pratique de ltude...................................................................................... 13

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Chapitre 21 2

Matriaux & Technologies..................................................15

Dfinitions......................................................................................................................... 16 Matriaux.......................................................................................................................... 17 2.1 Renforts..................................................................................................................... 17 2.2 Matrices .................................................................................................................... 22 2.3 Semi-Produits ........................................................................................................... 25 Technologies de transformation ...................................................................................... 26 3.1 Principaux procds utiliss en France..................................................................... 26 3.2 Acteurs franais de la transformation des composites.............................................. 27 3.3 Technologies manuelles de transformation .............................................................. 29 3.4 Procds de transformation par moulage.................................................................. 30 3.5 Procd de transformation en continu....................................................................... 35 3.6 Procds de fabrication des formes de rvolution .................................................... 36 3.7 Procds innovants ................................................................................................... 38 3.8 Rpartition des procds de transformation.............................................................. 39

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Chapitre 31

Analyse fonctionnelle et applications.................................42

Analyse des fonctions ....................................................................................................... 43 1.1 Classification des applications par fonction ............................................................. 43 1.2 Classification des fonctions par objectif ................................................................... 44 Fonctions spcifiques de chaque application .................................................................. 45 2.1 Fonctions apportes par les matriaux composites................................................... 45 2.2 Une exploitation ingale des fonctions des composites suivant les secteurs............ 47 2.3 Une obligation d'atouts diffrenciateurs ................................................................... 47 2.4 Des exigences varies suivant les secteurs d'applications ........................................ 48 2.5 Aperu sur les enjeux des marchs d'application...................................................... 51 Les marchs dapplication des composites ...................................................................... 52 3.1 Les composites dans l'aronautique.......................................................................... 52 3.2 Les composites et l'automobile................................................................................. 54

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Sommaire3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 Les composites dans le ferroviaire............................................................................ 56 Les composites dans la construction civile............................................................... 58 Les composites et la construction industrielle .......................................................... 59 Les composites et la construction nautique .............................................................. 61 Les composites dans le secteur mdical.................................................................... 63 Les composites dans les quipements de sports et loisirs......................................... 64 Les composites et la construction lectrique ............................................................ 65

Chapitre 41

R&D et savoir-faire Technologique franais ....................67

Place de la France dans la Recherche............................................................................. 68 1.1 Place de la France dans le domaine des brevets ....................................................... 68 1.2 Place de la France dans les programmes de recherche europens ............................ 71 R&D et savoir-faire technologiques franais .................................................................. 73 2.1 Les centres de recherche franais ............................................................................. 73 2.2 Coopration industrie/centres de recherche dans la filire composite...................... 74 2.3 Protection des innovations franaises ....................................................................... 74 Positionnement de la France ........................................................................................... 75 3.1 L'offre franais de matires premires...................................................................... 75 3.2 Evaluation qualitative de l'offre franaise ................................................................ 76 3.3 Matrise des procds................................................................................................ 77

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Chapitre 51

Marchs.................................................................................79

March des matires premires........................................................................................ 80 1.1 Aperu du march mondial des composites............................................................. 80 1.2 Rpartition par marchs d'application....................................................................... 80 1.3 La production des composites en Europe ................................................................. 81 1.4 Disparit des poids relatifs des marchs d'application.............................................. 82 Estimation du march des composites ............................................................................. 84 2.1 Estimation des prix de vente des composites par secteurs d'application .................. 84 2.2 Marchs en valeur des matriaux composites en Europe ......................................... 85 Particularits du march franais ................................................................................... 86 3.1 Le march des matires premires............................................................................ 86 3.2 Valeur ajoute du march des composites GD ......................................................... 87 3.3 Rpartition du march franais des composites par technologie de transformation. 87

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Chapitre 61 2

Dfis & Opportunits ..........................................................90

Enjeux des matriaux composites.................................................................................... 91 Defis sur lindustrie des composites................................................................................. 92 2.1 Limitation de lexposition aux missions de styrne................................................ 92 2.2 La lgislation sur l'obligation de recycler les composites......................................... 97 Difficults poses aux concepteurs .................................................................................. 99 3.1 La prise en compte de la spcificit des composites................................................. 99 3.2 Ncessit de dvelopper des outils de simulation................................................... 100 3.3 Choix entre cadences de production et proprits mcaniques............................... 100

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Chapitre 71

Recommandations..............................................................103

Appui la filire des composites.................................................................................... 104 1.1 Diffrents types d'actions en fonction de leur objectif............................................ 104 1.2 Choix des appuis au dveloppement de la filire.................................................... 104

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Sommaire2 Solutions aux dfis industriels poss par les composites............................................... 106 2.1 Programme de dveloppement du recyclage .......................................................... 106 2.2 Sensibilisation la mise en conformit des installations........................................ 107 Dveloppement et perfectionnement de procds-innovants ........................................ 108 3.1 Appui au dveloppement de lestampage TRE....................................................... 108 3.2 Dvelopper la pultrusion dans le secteur du btiment ............................................ 108 Diffusion de lapproche composites............................................................................... 109 4.1 Promouvoir lutilisation des composites dans le btiment...................................... 109 4.2 Former les concepteurs lanalyse fonctionnelle................................................... 110 Inciter les acteurs simpliquer dans la rsolution des problmes de la filire........... 111 5.1 Inciter les PMI participer des programmes de R&D......................................... 111 5.2 Associer les fournisseurs de matires premires la R&D ............................................ 111 5.3 Dvelopper des outils de caractrisation................................................................. 112 5.4 Renforcer les organismes professionnels................................................................ 113

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Annexes

..............................................................................................114

Annexe 1 : Composition du Comit de pilotage.................................................................. 115 Annexe 2 : Brevets dposs par pays et par thmes de 1998 2000 .......................... 116 Annexe 3 : Listes des acteurs contacts.............................................................................. 117 Annexe 4 : Rseaux de Bragg ............................................................................................. 127 Annexe 5 : Glossaire........................................................................................................... 128

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CHAPITRE 1 OBJECTIFS & CONTEXTE

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Objectifs & contexte de ltude

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LES COMPOSITES, OUTIL DE CREATIVITE ET DE COMPETITIVITE

Les matriaux composites ( matrices mtalliques, lastomres, polymres ou cramiques) offrent aux industriels et aux designers des possibilits nouvelles dassocier fonction, forme et matriaux, au sein de ralisations, matriaux, systmes de plus en plus performants. Poids, anisotropie, plurifonctionnalit sont autant datouts de principe. Des processus nouveaux de conception, dindustrialisation et de fabrication permettent dtendre les possibilits techniques, et de mieux satisfaire des besoins parfois contradictoires (poids, fonctions) auxquels les matriaux homognes classiques rpondent difficilement. La comptition reste trs dure entre les solutions composites et les matriaux classiques, disposant dune avance considrable en termes dexprience et dinvestissement chez les producteurs et les utilisateurs. Les contraintes de productivit sont transmises par les donneurs dordre et amplifies vers les fournisseurs. A loccasion de chaque dcision industrielle ou normative, une classe de composants ou de systmes peut apparatre ou disparatre. La forte valeur ajoute de ces ralisations, leurs exigences en termes dquipements et de comptences de haut niveau, leur confrent un rle croissant dans la recherche de diffrenciation et de comptitivit, cl du succs des industriels des conomies occidentales. L'innovation apparat comme un facteur dterminant du succs durable des entreprises, mme si elle ne suffit pas justifier auprs du consommateur une augmentation significative des prix de vente. L'innovation n'est cependant souvent accessible, dans le secteur des composites comme dans dautres, qu'aux entreprises capables de supporter des investissements de recherche, de dveloppement et dindustrialisation de plus en plus lourds. Les aspects financiers sont de plus en plus importants : lindustrie des composites est en effetfortement capitalistique ; dimportants investissements (R&D, pr-srie, quipements industriels) sont ncessaires avant de pouvoir raliser un chiffre daffaires significatif. Une entreprise doit pouvoir offrir ses actionnaires et ses partenaires financiers une rentabilit et une transparence comptitives. Linternationalisation des marchs des matriaux de haute technologie est aujourdhui acclre par limpact des groupements de constructeurs et de fournisseurs par ailleurs concurrents qui dveloppent des places de march virtuelles, portails dachat sur Internet largissant les sources de pices et de composants de nombreux fournisseurs et favorisant la comparabilit technique (partage de fichiers de CAO) et commerciale. Le risque de marginalisation pour les entreprises qui en sont absentes, ou qui ne proposent pas de produits suffisamment diffrenciant, est potentiellement important. La question des ressources humaines spcialises et qualifies, indispensable la prennit dune spcialit technologique nationale est galement traiter. De nombreuses entreprises et centres de recherche ne trouvent plus assez de jeunes ingnieurs brillants (y compris sortant des options les plus technologiques des Ecoles des Mines, Sup. Aro., ENSMA.) ou docteurs, ayant consenti personnellement dvelopper une comptence technique moins attractive que les nouvelles technologies de lInformation et de la communication.

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EXEMPLES DE SECTEURS DAPPLICATION DES COMPOSITES

2.1 Construction aronautiqueLes composites de haute performance ont t longtemps confins dans laronautique civile des pices de structure secondaire (habillage intrieur, volets), plus rarement primaire et jamais la voilure, car il se posait deux difficults : des cots levs par rapport laluminium, des risques de dlaminage les interdisant de vol sur les structures arodynamiques charges.

Certains obstacles lutilisation massive des composites sont progressivement levs, en particulier par des acteurs trangers, par exemple : dans le cadre du programme Advanced Composite Technology men par la NASA et Boeing, mise au point dun nouveau procd permettant de dvelopper des ailes en composites 20% moins chers quavec des matriaux conventionnels, dveloppement de composites mmoire de forme men par British Aerospace et Daimler Benz, dcision dAirbus dquiper les fuseaux de ses futurs A380 en technologie composite dite glare

La place future de laronautique militaire franaise (Dassault, consortium Eurocopter) au sein de lindustrie militaire de dfense europenne (EADS) dpend fortement de notre capacit proposer un leadership durable dans des technologies critiques, en particulier les matriaux. Il est donc important damener les transformateurs de composites dynamiques franais (Composites Aquitaine, Vetrotex) profiter de lintrt du secteur pour ces nouvelles solutions.

2.2 Construction automobileLutilisation des composites dans le secteur automobile remonte des origines relativement anciennes (fin des annes 1980), mais ne sest gnralis que trs rcemment, comme le montrent les dcisions rcentes de grands constructeurs trangers (Volvo, Mercedes) de dvelopper des coffres et hayons. Les composites matrice thermoplastique sont, par contre, de plus en plus frquents. Les entreprises franaises de transformations de composites, notamment les deux leaders du march de lquipement automobile - Inoplast et Matra Automobile - devront profiter du rattrapage probable de lEurope sur les Etats-Unis dans lutilisation des composites dans lautomobile (estime globalement 113 kg par voiture aux Etats Unis contre 30 kg en Europe). Pour industrialiser les procds afin de satisfaire la forte demande prvue dans lautomobile, le dveloppement prvu des thermoplastiques renforcs de fibres longues notamment, les divers transformateurs franais, PME pour la plupart, se sont allis des partenaires plus gros (InoplastPlastic Omnium). Ils ont t imits par leurs concurrents trangers (Menzolit Fibron). Le groupe franais Hutchinson est un co-leader europen des systmes de transfert de fluides paroi composites (lastomres et polymres). Lexistence de deux constructeurs franais est un atout pour le secteur domestique des composites dont certains des lments peuvent bnficier de limplantation internationale des constructeurs.

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Objectifs & contexte de ltudeIl est important danticiper sur les procds et les technologies susceptibles de correspondre aux exigences des constructeurs, et orienter les structures de recherche ou de transfert publiques (Cetim, Critt) ou privs (Cray Valley, Sora, Inoplast).

2.3 Secteur du btimentMis part la fourniture de renforcement des structures en bton, les composites ont relativement peu pntr le secteur du BTP, notamment du fait : dun prix lev compar aux matriaux traditionnels (35 F/kg contre 18 F/kg pour lacier et 6 F/kg pour le bois), dune relative mconnaissance des architectes et bureaux dtudes vis--vis des composites, dun manque dinformation sur le cycle de vie (recyclabilit, durabilit).

Les qualits des composites (lgret, rsistance au feu, rsistance mcanique et chimique, possibilit de crativit) sont cependant extrmement prometteuses. Les fournisseurs de solutions composites (Acome, Uniject, Gimm Menuiseries, Owens Corning, etc.) ont dvelopp de nombreux produits prsents au salon JEC davril 2000 : fentres, portes, substituts dardoise, renforts de poutres, etc. Dans ce secteur galement, lorigine franaise de leaders mondiaux du BTP (Bouygues, Vinci, etc.) est un atout fort pour le dveloppement commercial des technologies composites.

2.4 Loisirs et sportsLes constructeurs de matriels de sport et loisirs ont depuis longtemps adopt les composites, dvelopps notamment par Shappe Technique et Ems Chimie (Suisse) ; ces nouveaux matriaux leur ont permis de faire preuve dune grande crativit, tout en prsentant des proprits mcaniques intressantes qui ont, dans une large mesure, t lorigine du dveloppement rcent des sports de glisse modernes. Cest prcisment en utilisant des nouveaux matriaux (skis mouls et non stratifis) que Salomon est devenu co-leader mondial du matriel de ski, aux cts dun autre franais Rossignol. Le leader mondial de la plaisance, le franais Beneteau-Jeanneau, a su rsoudre le problme de losmose, qui dgradait les premires coques composites matrice organique, en amliorant encore ces matriaux. Lenvironnement prsente galement un fort potentiel de dbouchs pour les composites matrices organiques, comme le dmontrent les initiatives rcentes du Ple de plasturgie de lEst ou du SIAAP (Syndicat Interdpartementale pour lAssainissement de lAgglomration Parisienne) de dvelopper des matriaux composites pour leur quipement de traitement des eaux.

2.5 Exemples dautres domaines dutilisation des compositesLes matriels ferroviaires prsentent de nombreuses possibilits dutilisation pour les matriaux composites, comme le montrent : les dveloppement rcents de lentreprise allemande dquipements de trains pendulaires, Comtas (Allemagne), secteur dexcellence o les acteurs europens font maintenant front commun, le projet de Bombardier-ANF de raliser des wagons en structure composite.

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Objectifs & contexte de ltudeLquipement industriel (botes de stockage, isolation) et lquipement lectronique, reprsentent dj 26% du march des composites matrice organique. Le potentiel plurifonctionnel des composites (alliant par exemple tanchit et proprits lectriques) y est important. En lectronique, les botiers cramiques pour microprocesseurs dEgide, rcemment introduite au Nouveau March, sont utilises dans le monde entier. Les composites jouent un rle croissant dans le secteur dentaire (implants) et biomdical (matriaux prothtiques), en dpit de fortes contraintes de bio-compatibilit. Pour mmoire, la ralisation dinstruments de musique (pianos, clavecins, violons et mme accordons) peut offrir des opportunit de niches prestigieuses, porteuses dimage du savoir-faire de la France.

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IMPORTANCE STRATEGIQUE DU SECTEUR DES COMPOSITES

Le dveloppement durable dune filire industrielle majeure est un enjeu national. Ainsi, lindustrie franaise de la machine outil et de la mtrologie, faute dune vision stratgique du secteur et dun soutien rel, ont largement disparu. Les industriels franais (aronautique, espace, automobile) subissent dans ce domaine une dpendance stratgique forte envers leurs comptiteurs dEurope, du Japon, des Etats-Unis. Les matriaux composites sont indispensables aux entreprises industrielles franaises, leaders ou co-leaders lchelon mondial, dans les domaines de larospatiale civile (structures dAirbus), de dfense (EADS et lintrieur dEADS, Dassault Aviation), automobile (PSA, Renault, Valeo), et ferroviaire (Alstom), lectricit et lectronique. Le secteur des matriaux composites est donc particulirement critique pour conserver la France une part de sa souverainet conomique et technique et sa position de leader technologique en Europe. Aux cts des entreprises industrielles, une place nouvelle est accorder aux entreprises de services connexes la production (conception, bureaux dtudes, essais, prototypage rapide, logiciels de simulation). La France dispose en particulier de leaders mondiaux dans le domaine des logiciels de conception assiste par ordinateur (Dassault Systmes) et de simulation de produits et de processus (Matra DataVision, ESI Group pour la simulation). Ces produits logiciels sont autant de vecteurs privilgis de la diffusion mondiale des technologies composites et de leur potentiel en termes dinnovation et de designs succs.

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OBJECTIFS DE LETUDE

4.1 Champ dapplication de ltudeLe champ dapplication retenu pour ltude ne concerne que les matriaux constitus par lintime association de deux composants : une matrice organique (rsine), des renforts constitus de fibres de toutes natures.

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Objectifs & contexte de ltudeDans le secteur des composites, crucial pour de nombreuses industries stratgiques franaises et europennes, ltude prsente : les grandes volutions du march des composites et les segments majeurs, le potentiel conomique de nouvelles solutions, les facteurs-cls de leur succs ainsi que les attentes des clients, les principaux acteurs mondiaux : laboratoires, fournisseurs, consommateurs de ces matriaux et, parmi eux, la place actuelle et potentielle des acteurs franais, les forces et les atouts des chercheurs et des industriels franais face leur concurrence mondiale.

Ltude prospective des attentes des utilisateurs et des produits et procds susceptibles dy rpondre, tentera de rpondre aux objectifs suivants : construction dun atout comptitif durable, en particulier grce des programmes de recherches performants, propositions concrtes dappui ou dincitation pour pallier aux faiblesses du dispositif national actuel, proposition dintgration la rflexion en cours sur les technologies cls.

4.2 Le secteur franais des matriaux compositesDans la nomenclature franaise des activits industrielles, le secteur des composites est actuellement intgr dans le vaste secteur des matires plastiques (Groupe NAF 25.2 - NACE Rv. 1 25). Les tudes sectorielles existantes ne prennent pas en compte la spcificit des matriaux composites. On notera, par exemple que : les entreprises sont souvent des PMI : il nexiste aucun groupe important se consacrant exclusivement la transformation des composites qui soit, par sa taille, comparable Plastic Omnium ou Valeo ; les technologies de transformation des composites diffrent notablement des technologies de moulage qui sont principalement utilises dans la transformation des plastiques (injection) ; linstar de la mtallurgie, lindustrie de la transformation des plastiques concerne essentiellement des mono-matriaux et a peu de relation avec dautres secteurs industriels tels lindustrie textile qui est indissociable de celle des composites.

Ainsi, la prsente tude vise a dlimiter le secteur franais des composites et en dgager les principales caractristiques : les technologies spcifiques aux composites ; les atouts des composites par rapport aux matriaux concurrents et leurs principaux secteurs dapplication ; les principaux obstacles et menaces qui risquent de freiner le dveloppement des composites en France et dans le monde ; le rle et limportance des centres de comptence franais dans les technologies des composites face ceux des pays europens et mondiaux ; la place de la France, par la taille du march et en niveau de savoir-faire, sur le march mondial des composites.

Lanalyse de ces thmes permis de proposer un certain nombre de recommandations concernant les principaux axes dappui linnovation qui devraient permettre lindustrie franaise des matriaux composites de prendre une place significative sur le march mondial.

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DEROULEMENT PRATIQUE DE LETUDE

Nodal Consultants a ralis ltude stratgique des matriaux composites avec lappui dun comit de pilotage dirig par Herv Chalaye, Digitip/Sim, charg de mission auprs du sousdirecteur matriaux, responsable de l'tude, et runissant des intervenants institutionnels (Sessi, CNRS, Anvar, CFCE, Drire Aquitaine, DARPMI) ou lis au secteur (GPIC, Mines de Douai)1 . L'tude stratgique sur le secteur franais des matriaux composites a t ralise en trois phases : 1. recherche documentaire et des brevets pour dterminer la place de la France dans la R&D mondiale ; 2. approche directe de soixante-quinze acteurs de la filire des matriaux composites en France, en Europe, aux Etats Unis et au Japon; 3. synthse des informations recueillies. Intervenants de la filire interviews au cours de ltudeActeurs contacts Fournisseurs du secteur amont (rsines, fibres, semi-produits) Transformateurs de composites Fournisseurs d'quipements de transformation (machines, logiciels) Utilisateurs de produits en matriaux composites Fdrations professionnelles Centres de recherche Autres acteurs (transfert de technologie, institutions) Total France 2 8 2 10 3 6 4 35 Europe 4 4 3 2 1 3 1 18 Etats Unis 2 3 2 1 0 0 1 92

Japon 5 3 0 2 0 2 1 13

Total 13 18 7 15 4 11 7 75

Elments mthodologiquesLa mthodologie utilise pour la ralisation de ltude est caractrise par une approche fonctionnelle des besoins. Les rsultats de cette analyse ont permis dorienter le recueil dinformations primaires, par des contact directs avec de nombreux acteurs nationaux et internationaux reprsentatifs du secteur des composites, permettant lexamen objectif des comptences et les moyens ncessaire pour amliorer loffre franaise dans un contexte fortement concurrentiel. Lanalyse fonctionnelle a pour objet de formaliser les systmes et les composants par les fonctions quils assurent, les contraintes auxquelles ils obissent et les performances quils atteignent (cahier des charges fonctionnel), sans prjuger des solutions technologiques mises en uvre. La recherche de solutions est une

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La liste des participants du Comit de Pilotage est donne lannexe 1 La liste des intervenants interrogs au cours de ltude est donnes en annexe.

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Objectifs & contexte de ltudetape ultrieure du processus dinnovation. Cette mthode danalyse est particulirement rpandue dans lindustrie. Dans le cadre de ltude stratgique propose, les besoins fonctionnels prioritaires des grands secteurs dapplications, actuels ou potentiels, des matriaux composites sont analyss. La capacit des grandes familles de technologies composites rpondre ces besoins est ensuite value, pour enfin aboutir lidentification des ressources-cls franaises sur ces comptences ou technologies-cls . Cette mthode a un double avantage : elle permet, la fois, didentifier les secteurs potentiellement utilisateurs de composites, dont les besoins fonctionnels pourraient tre satisfaits par ces technologies, et les lacunes du systme de recherche et dveloppement, et de production franais, par la mise en vidence de besoins non satisfaits (identifis a priori par lanalyse fonctionnelle) ou de comptences absentes du tissu de comptences national. Consultation directe dacteurs La ralisation de ltude de Nodal Consultants est base sur le recueil dinformations primaires auprs des acteurs concerns : Dabord une slection segmente de reprsentants de la demande en composites : entreprises conceptrices, fabricantes, intgratrices actuelles ou potentielles de composants, pices et systmes en matriaux composites, fdrations professionnelles des secteurs dapplications.. Ces entreprises sont amenes exprimer leur vision prospective des fonctions assures par les futurs matriaux stratgiques de leur secteur en gnral, et la position de leur entreprise en particulier sur ses marchs. Dans un deuxime temps, loffre franaise scientifique et industrielle est plus spcifiquement tudie et value. Une slection dacteurs, de fdrations professionnelles et de partenaires fournisseurs de comptences et de technologies, entreprises, socits de recherche sous contrat, laboratoires, structures de transfert, ont t interrogs et leur offre tudie en fonction des besoins.

Ces deux groupes dinterlocuteurs ont ainsi pu exprimer leur point de vue et leur exprience, dune faon qui assure lobjectivit des analyses. Par croisement des besoins et des ressources nationales en matire de matriaux composites, ltude aboutit lidentification des forces et lacunes du dispositif national et des recommandations concrtes, pragmatiques, de progression. Le nombre dentretiens permet de limiter limpact individuel dexperts ou de professionnels biais du fait dintrts personnels ou professionnels particuliers. Etalonnage international La difficult de ltude stratgique sectorielle est la construction sans biais dune image fidle de la position de lindustrie franaise vis--vis de ses comptiteurs europens, amricains et, dans une moindre mesure, en ce qui concerne les matriaux composites, japonais. La publicit dune tude stratgique pour le gouvernement franais auprs dacteurs majeurs trangers, souvent fournisseurs de leurs gouvernements dans des secteurs sensibles comme laronautique ou la dfense, comporte le risque dune information au mieux incomplte et biaise, au pire intentionnellement fausse. Les interventions de personnels des ambassades, PEE, attachs scientifiques etc. sont en gnral trop transparentes pour de telles tudes. Il convient donc de concilier la ncessit dune information complte avec des contraintes de confidentialit gradues selon les interlocuteurs concerns. Le cabinet charg dune telle tude doit fournir les garanties dindpendance tant vis--vis de puissances trangres que, dailleurs, de groupements ou dentreprises nationales pouvant avoir intrt favoriser leurs propres points de vue. Nodal Consultants a consacr une proportion significative de son travail auprs dacteurs europens, amricains et japonais, dans le respect des objectifs stratgiques de ltude pour lindustrie Franaise. Cette part importante de contacts ltranger est indispensable la construction dun point de vue objectif sur les forces et faiblesses des acteurs nationaux

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Etude stratgique du secteur industriel des matriaux composites

CHAPITRE 2 MATERIAUX & TECHNOLOGIES1

1

Dans ce chapitre 2 Matriaux & Technologies de nombreuses donnes techniques proviennent des diffrents ouvrages de Maurice Reyne sur les composites. Nodal prsente ses remerciements lauteur pour lui en avoir laiss lusage.

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Matriaux & Technologies

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DEFINITIONS

Un matriau composite est, par dfinition, tout alliage ou matire premire comportant un renfort sous forme filamentaire. Il ncessite lassociation intime dau moins deux composants : le renfort et la matrice, qui doivent tre compatibles entre eux et se solidariser, ce qui introduit la notion dun agent de liaison, linterface. Contrairement aux matires premires classiques dont on connat lavance les caractristiques mcaniques, celles des composites ne sont rellement connues quaprs fabrication, car on ralise, en mme temps, le matriau et le produit. Actuellement, les composs matrice organique reprsentent plus de 99% des matriaux composites ; toutefois, il existe galement des composites matrice inorganique (mtallique ou cramique) dont la diffusion reste encore marginale. Les matriaux composites, tels quils sont dfinis dans le cadre de cette tude, ont t volontairement limits ceux constitus par : une matrice organique, rsine thermoplastique (TP1) ou thermodurcissable (TD), une structure de renfort constitue de fibres, qui peuvent tre de verre, de carbone, daramide ou de fibres naturelles (lin, chanvre, sisal), ces deux constituants principaux reoivent des additifs ou charges ncessaires pour assurer une adhrence suffisante entre le renfort fibreux et la matrice Ils permettent galement de modifier laspect ou les caractristiques de la matire laquelle ils sont ajouts2 : pigments de coloration, agents anti-UV, charges ignifugeantes, isolation thermique ou acoustique.Arborescence des matriaux de synthseMatriaux de synthse

Plastiques Rigides ou souples Renfort fibreux + polymres

Elastomres

Souples + lastiques

Htrognes

Homognes

1D = fibres 2D = films, feuilles 3D = moulages

Composites

Complexes

Polymres diffrents associs en couches finesDaprs Les Composites de Maurice Reyne - PUF

Sandwichs

Ces composs organiques constituent une branche de la famille des matriaux de synthse laquelle ils se rattachent par la prpondrance de llment polymrique, la rsine, qui constitue la matrice. Dans le cadre retenu pour cette tude, on distingue, gnralement, deux grandes familles : 1

les composites de grande diffusion (GD), peu coteux, occupent une large part de march, les composites hautes performances (HP), assez onreux, dont le march est encore rduit.

Les termes techniques sont explicits dans un glossaire report en annexe. Dans la version CD-Rom, un lien hypertexte y renvoie directement. 2 Daprs Les Composites de Maurice Reyne PUF.

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2

MATERIAUX

2.1 RenfortsLes renforts contribuent amliorer la rsistance mcanique et la rigidit des matriaux composites et se prsentent sous forme filamentaire, allant de la particule de forme allonge la fibre continue qui donne au matriau un effet directif. Ils sont caractriss par : la nature de la fibre, minrale ou organique, larchitecture du renfort.Principaux matriaux de renfort Renfort

Organiques

Inorganiques

Polyesters

Aramides

Minraux

Vgtaux

Cramiques

Mtalliques

Bois

Coton Papier Jute

Verre

Carbone

Bore

2.1.1

Fibres minrales ou organiques

1. Les fibres de verre sont obtenues partir de silice et dadditifs. Le verre est coul en fusion 1.250C travers une filire en platine-rhodium ; aprs refroidissement, les filaments sont tirs pour obtenir des fibres continues. Suivant les application auxquelles elles sont destines, les fibres de verre sont rparties en trois qualits : fibres E pour les composites grande diffusion (GD) ; fibres D pour les applications dans la construction lectrique (circuits imprims) ; fibres R pour les composites haute performance (HP).

Les fibres de verre (500 kT/an en Europe) constituent le principal renfort, utilis dans plus de 95% des matriaux composites, et plus particulirement pour les produits de grande diffusion (GD). Elles offrent, pour un prix raisonnable de 10 50 F/kg : une bonne adhrence entre fibres et rsines (matrices) ; de bonnes proprits mcaniques, mais infrieures celles de la fibre de carbone ; des proprits disolation lectrique acceptables pour la plupart des applications.

En Europe, les fibres de verre utilises dans les composites, reprsentant 500 000 tonnes/an, sont utilises dans : la plupart des composites grande diffusion (automobile, construction, construction lectrique) ; certains composites hautes performances avec des fibres de verre R .

17



Lutilisation des fibres de verre dans les composites est principalement limite par : une rigidit insuffisante pour certaines applications comme les pices de structure primaire en aronautique ; un vieillissement acclr au contact prolong de leau, des rayonnements UV ou de tempratures leves.

Les fibres de verre utilises dans les composites ont un diamtre de lordre de 10 micromtres, nettement suprieur au diamtre critique (de lordre de 3 micromtres) pour que la fibre ne prsente pas de risque respiratoire et ne puisse engendrer des cancers. Les principaux producteurs sont : Saint Gobain Vetrotex, Owens Corning, PPG. 2. La production actuelle de fibres de carbone destines aux renforts de composites stablit 3.000 tonnes/an. Elles sont principalement utilises pour les composites hautes performances en aronautique, en construction industrielle et dans les sports et loisirs. La production de fibres de carbone repose sur la matrise de la production des fibres acryliques, prcurseurs traditionnels des fibres de carbone, de formule gnrique (CH2CHCN)n-(CH2-CXY)n (acrylonitrile + comonomre) par la voie classique du solvant, dite exPan. On opre par carbonisation de la fibre de polyacrylonitrile (PAN) sous atmosphre neutre dazote dans des fours pyrolyse de faons ne conserver que la chane carbone. La technologie dveloppe par Sumitomo (Dialead), dite ex-Bray, fonde sur la distillation du ptrole, donne des fibres de qualit variable ; elle a connu un dveloppement rapide suivi dune concentration autour quelques producteurs. En dehors des secteurs de l'aronautique et des sports et loisirs, lutilisation trs large des composites fibres de carbone, dans les composites grande diffusion , est conditionne par une rduction importante du prix actuellement observ pour les fibres les moins chres (100 120 F/kg pour les fibres Zoltech) ; il conviendrait datteindre des prix de lordre de : 30 F/kg pour le btiment ; 50F/kg pour les quipements de transport.Oxydation 200 400C Carbonisation 1.000 1.500C Graphitisation 1.800 2000C

Fibre PAN

Fibre HR (haute rsistance)

Fibre HM (haut module)

A moyen terme (2 5 ans), le prix des fibres de carbone pourrait approcher environ 60 F/kg ; le cot des produits intermdiaires est fonction du nombre de fibres lmentaires entrant dans la composition des fibres : 12K (12.000 fibres lmentaires), 24K et jusqu 48K pour des applications particulires. Les fibres de carbone souffrent de handicaps techniques qui limitent galement leur utilisation pour certaines applications dans les composites : un allongement la rupture insuffisant (infrieur 2%) compar celui des fibres de verre et daramide (3 4%) ; une caractrisation encore insuffisante pour permettre une conception fiable prix modr.

Les fibres de carbone pourraient tre utilises lavenir en combinaison avec des fibres de verre.

18



Les fibres de carbone utilises dans les composites reprsentent 10% 15% de la consommation des fibres de carbone dans le monde, mais leur dveloppement devrait suivre la mme volution que la consommation globale. Le graphique ci-dessous montre la progression compare de la consommation des fibres de carbone pour les trois secteurs des Sports & loisirs, Aronautique & spatial, Construction & quipements industriels. Il montre, en particulier, la trs forte progression envisage par Toray de leur utilisation dans les secteurs de la construction civile et industrielle.

3. La fibre aramide est issue de la chimie organique des polyamides aromatiques (ou polyaramide) par synthse chimique basse temprature ; ses proprits diffrent des polyamides aliphatiques classiques (type PA 6-6, dit Nylon ) ; on la nomme souvent Kevlar , qui est la marque de son crateur, Dupont de Nemours. Les composites renforcs de fibres daramide offrent une bonne stabilit en temprature (jusqu 200C en fonction de la matrice) mais souffrent : dune adhrence moyenne entre matrice et fibre, dun prix encore trop lev : le prix plancher est encore de lordre de 200 F/kg et certaines fibres comme la nouvelle fibre Zylon (PBO) peut atteindre 800 F/kg. La production mondiale de fibres daramide atteint 40.000 tonnes/an, dont seulement 4.000 tonnes sont utilises dans les composites. 4. Les fibres de polythylne haute tnacit prsentent les avantages suivants : lgret (d=0,95 comparer celle de laramide d=1,44) ; haute capacit de conversion de lnergie cintique (par exemple celle dun projectile) en nergie thermique. Les composites fibres de polythylne restent encore marginaux ; ils se dveloppent, en particulier, pour des applications balistiques et de blindage (gilets pare-balles de Ars, plaques de blindage, casques ONU). Leur champ dapplication est limit par leurs principales faiblesses : mauvaise rsistance la temprature (fluage ds 90C ; laramide ne se dgrade qu 400C) ; mauvaise adhrence entre les fibres et la matrice.

19



La production mondiale de fibres de polythylne haute tnacit reprsente 2.000 3.000 tonnes/an, dont moins de 200 tonnes sont utilises dans les composites Les principales marques sont : Dyneema de DSM (Pays Bas), Spectra aux Etats Unis. 5. Les fibres naturelles pourront constituer une alternative intressante aux fibres de verre en raison de leur plus grande facilit de recyclage lorsque leurs proprits physiques seront mieux apprhendes. Les industriels (Sommer) et certains CRITT (tels Appollor) dveloppent des composites avec des fibres naturelles (lin, chanvre, mais galement sisal) qui apparaissent plus cologiques que les fibres de verre, en particulier plus facilement recyclables car elles peuvent tre brles. En outre : leurs proprits mcaniques peurraient atteindre celles des fibres de verre (module de Young) ; la fibre se travaille trs facilement avec les technologies du textile (tissage).

Les fibres naturelles prsentent plusieurs verrous techniques majeurs pour une utilisation massive dans les matriaux composites : elles ne sont pas fabriques par un processus industriel et la reproductibilit de leurs caractristiques physiques ne peut donc pas tre parfaitement matrise ; la quantit et la qualit dpendent de lenvironnement et de lhumidit (reprise jusqu 8 ou 10% du taux dhumidit), les fibres naturelles sont difficilement calibrables et plus difficilement manipulables que les fibres de verre (en particulier pour le lin). leurs caractristiques mcaniques (rsistance la traction) moyennes ont engendr plusieurs checs dans les projets d'intgration des composites fibres naturelles dans l'automobile;

Certains producteurs de non-tisss appliquent des procds textiles traditionnels aux fibres naturelles pour des applications de basse ou moyenne gamme. 6. Les polymres biodgradables base d'acide poly-lactique (PLA) sont utiliss pour des composites fibres et matrice PLA (composites PLA/PLA) pour des applications mdicales dostosynthse ; ils pourraient constituer de nouvelles alternatives aux fibres existantes. Caractristiques moyennes des principales fibres de renforts (d'aprs Maurice Reyne)Diamtre mono filament () Rsistance Masse spcifique (kg/dm3) Module dallongement Elasticit (Gpa)

Traction (Gpa)

Compression (Gpa)

Type de renfort Verre E Verre R Carbone HR Carbone HM Aramide Polythylne haut module

10 20

2,6 2,5

2,5 3,5 34 2,7 2,8 3 3

1 1,2

72 85

4,5 5,2 1,3 0,5 2,5

67

1,8 1,9

1,1 - 1,8 230-250 400-500 0,3 - 0,5 120-130 100

12

1,45 0,96

20

Rupture (%)



2.1.2

Architectures de renforcement

Afin damliorer les caractristiques mcaniques des structures en composites, il est ncessaire de jouer sur la texture des renforts (leur architecture) pour crer une charpente rsistante adapte aux contraintes mcaniques. En fonction des proprits recherches, on rencontre plusieurs architectures de renforcements : unidirectionnelle : les fibres parallles peuvent se prsenter sous deux formes : sans liaison particulire (roving) ;

relies par un fil (nappes). multidirectionnelle alatoire : fibres coupes et broyes, sans arrangement particulier ;

feutre de fibres agglomres par unliant : le mat peut tre fibres courtes (longueur infrieure 50 mm), sans orientation particulire ou fibres continues. oriente : le tissu comporte des fils de chane ou de trame (fibres bidirectionnelles) ; suivant le mode de croisement de la trame et de la chane, le tissu sera une toile, un serg ou un satin. on ralise galement, pour des applications particulires (arospatial, dfense), des armatures de renforcements bi- ou tridimensionnelles.

Les performances rsultantes de ces diffrents types darchitecture sont prsentes dans le tableau ci-dessous. Performances compares des diffrents types darchitectureArchitecture des fibres Fibres coupes et broyes Mats fibres coupes Mats fibres continues Fibres continues Tissu Nappe Comportement mcanique recherch Moyen Moyen Moyen Intermdiaire Fort Trs fort Orientation de la tenue mcanique quelconque quelconque oriente unidirectionnelle bi ou tri directionnelle Unidirectionnelle (Bi-directionnelle si superposition) Taux maximal de renfort 30% 30% 30% 50 70% 30 70% 50 85% Type de fibres verre verre ou carbone verre toutes toutes toutes

Certains composites haute performance (HP) utilisent des structures de fibres orientation matrise pour des performances mcaniques leves.

21



2.1.3

Interfaces

Lutilisation dune couche dinterface (sizing) permet dassurer la compatibilit entre le renfort et la matrice. Les fibres destines la fabrication des composites reoivent un apprt spcifique comportant un agent collant qui permet de coller les filaments pour en faire des fils et assure, en outre, une fonction de lubrification (pour le protger contre labrasion due au frottement entre fibres).

2.2 MatricesLa matrice a pour rle de : lier les fibres de renforts, rpartir les contraintes, apporter la tenue chimique de la structure, donner la forme dsire au produit final. Les deux types de rsines qui sont, actuellement, utilises prsentent des proprits foncirement diffrentes : des rsines thermodurcissables (TD) qui sont, en gnral, associes avec des fibres longues. Les polymres thermodurcissables ont la forme dun rseau tridimensionnel ; au cours de la polymrisation, ce rseau se ponte (double liaison de polymrisation) et durcit de faon dfinitive lors du chauffage selon la forme souhaite. La transformation est irrversible. lemploi des polymres thermoplastiques (TP), renforcs avec des fibres courtes (et, prochainement, avec des fibres longues) se dveloppe fortement. Les polymres thermoplastiques ont une structure linaire ; ils sont mis en forme par chauffage (les chanes se plient), et durcissent au cours du refroidissement (les chanes se bloquent). La transformation est rversible. Principales diffrences entre matrices TP et TD (d'aprs Maurice Reyne)Matrices Etat de base Stockage Mouillabilit des renforts Moulage Cycle Tenue au choc Tenue thermique Chutes et dchets Conditions de travail TD Liquide visqueux polymriser Rduit Aise Chauffage continu Long (polymrisation) Limite Meilleure Perdus ou utiliss en charges Emanations de solvants TP Solide prt lemploi Illimit Difficile Chauffage + refroidissement Court Assez bonne Rduite (sauf nouveau TP) Recyclables Propret

22



2.2.1

Rsines thermodurcissables (TD)

Les rsines thermodurcissables principalement utilises actuellement sont : les polyesters insaturs ; ce sont les rsines les plus utilises dans les applications GD. Elles se prsentent sous la forme dune solution polyacide + polyalcool qui se rigidifient sous laction dun catalyseur et de laction de la chaleur. Elles prsentent le grand dfaut dmettre des vapeurs de styrne au cours de la polymrisation et dtre difficile stocker. les vinylesters : ce sont des variantes des polyesters obtenues partir dacide acrylique. Elles ont une bonne tenue la fatigue et un bon comportement la corrosion mais sont combustibles. les rsines poxy (ou poxydes) constituent la rsine type des composites HP. les rsines phnoliques sont obtenues par la polycondensation du phnol et du formol ; elles prsentent une trs bonne tenue au feu, sans fume (do leur utilisation dans le ferroviaire). Elles sont fragiles, sensibles lhumidit, difficiles mettre en uvre. les polyurthannes ont une faible viscosit qui facilite un bon remplissage du moule.

Dautres rsines TD sont utilises pour des applications particulires comme par exemple le silicone (bonnes qualits lectrique, thermique, chimique), les poly-imides (composites HP pour une bonne stabilit la temprature). En Europe, les composites matrice thermodurcissables (TD) reprsentent 70% de la totalit des composites transforms. Caractristiques moyennes des matrices thermodurcissables (TD) non renforcesTenue la chaleur continue (C) 120 140 120-150 120-200 100-120 250-300 Rsistance la traction (Gpa) Module de flexion (Gpa) 3 3,5 3 3 1 4 Masse spcifique 3 (kg/dm ) 1,2 1,15 1,2 1,1-1,4 1,1-1,5 1,3-1,4

Polymre

Polyester (UP) Vinyl-ester Phnolique Epoxyde Polyurthanne (PU) Poly-imide

50-65 70-80 40-50 50-90 20-50 30-40

2.2.2

Rsines thermoplastiques (TP)

Les thermoplastiques (TP) prsentent ltat vierge de bonnes caractristiques mcaniques. Un renforcement de fibres courtes leur confre une tenue mcanique et thermique amliore et une bonne stabilit dimensionnelle. Toutefois, lappellation composite nest pas interprte dune manire uniforme, et certains industriels ny incluent pas les thermoplastiques renforcs de fibres courtes qui reprsentent pourtant 90% des composites matrice thermoplastique. Les principales rsines thermoplastiques utilises dans les composites sont : les polyamides (PA) 6, 6-6, 12 ; les polytrphtalates thylnique (PET) et butylnique (PBT) ; les polycarbonate (PC) ; les polyoxides de phnylne (PPO ou PPE) ; les polyoxymthylne (POM) ;

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le polypropylne (PP) est un polymre semi-technique, peu onreux, assez stable en temprature, mais combustible.

Dautres rsines TP commencent tre utilises pour leurs proprits de thermo-stabilit (tenue thermique suprieure 200C) et de bonne tenue mcanique : le polyamide-imide (PAI) ; le polyther-imide (PEI) ; le polyther-sulfone (PES) ; le polyther-ther-ctone (PEEK).

Les composites entirement plastiques devraient prochainement atteindre la phase industrielle : 5 000 tonnes de composites matrice et fibre en polypropylne (PP) devraient tre produits par BP en Allemagne en 2001. Caractristiques moyennes des matrices thermoplastiques (TP) non renforces (M. Reyne)Tenue la chaleur continue (C) 85-115 120 105-120 80-105 95-105 80-120 275 170 180 >240HP HP HP HP

Rsistance la traction (Gpa)

Polymre

Polypropylne (PP) Polytrphtalate butylnique (PBT) Polytrphtalate thylnique (PET) Polyoxide de phnylne (PPO) Polyoxymthylne (POM) Polyamides (PA) Polyamide-imide (PAI) Polyther-imide (PEI) Polyther-sulfone (PES) Polyther-ther-ctone (PEEK).

1,1-1,2 1,5 1,6 1,3 1,6 1,3-1,4 1,3-1,4 1,5 1,6 1,5

20-30 45-55 55-75 55-65 60-70 60-90 195 105 85 100

1-1,6 2,2-2,6 2-2,2 2,4-2,6 7-9 6-9 4,9 3 2,6 3,7

2.2.3

Principales combinaisons de rsines et de renforts.

Le tableau ci-dessous prsente une synthse des combinaisons matrices/renfort les plus couramment utilises donnant lieu des composites hautes performances (HP) ou grande diffusion . On notera que les composites hautes performances (HP) se distinguent essentiellement des composites grande diffusion (GD) par leurs meilleures proprits mcaniques (rigidit, rsistance la traction) et, corollairement, par leur cot plus lev. Tableau de synthse de lutilisation des rsines et renfortsRsines Polyesters Thermodurcissables TD Phnoliques Polyurthannes Epoxy Thermoplastiques TP Polypropylnes PA 6 et 6-6 PA 12, PEEK GD GD HP HP Fibres de renfort Verre E GD GD GD HP HP Verre D GD Verre R Carbone Aramide

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Module de flexion (Gpa)

Masse spcifique 3 (kg/dm )



2.3 Semi-ProduitsLes procds de transformation des composites peuvent mettre en uvre des semi-produits labors sparment ou raliser simultanment matriau et produit. Les technologies de transformation des composites peuvent tre regroupes en deux familles : la mthode humide consiste imprgner les renforts au moyen de la rsine liquide (TD) au cours de la fabrication du produit : produit et matriau composites sont raliss simultanment. Le primprgn est pr-catalys ; avant utilisation, il doit tre conserv en chambre froide (-5C). la mthode sche consiste mettre en forme des renforts primprgns avec une matrice TD ou TP et lon dispose alors dun semi-produit prt lemploi. La difficult rside dans laccrochage de la matrice sur le renfort, en particulier lorsque celui-ci est sous forme de fibre longue ou de tissu. La ralisation se droule en deux tapes : fabrication et stockage du semi-produit ;

mise en forme du semi produit et polymrisation. 2.3.1 Rsines thermodurcissables (TD)

Il existe deux types de semi-produits prt lemploi base de rsines thermodurcissables : 1. Prmix, dit BMC ( Bulk Molding Compound ) : il se compose en partie presque gales de renfort, de rsine et de charges mlangs dans un malaxeur pales. On lappelle choucroute : renfort : fibres de verre coupes (longueur de 6 12 mm), taux de 15 20% ; matrice : rsine polyester charge de carbonate de calcium. le produit est livr sous forme de boudin prt lemploi ; il a une dure de stockage limite.

2. Mat primprgn, dit SMC ( Sheet Molding Compound ) ; il est produit partir de renfort, sous forme de mat, imprgn de rsine, par calandrage sur un film support : mat de verre fibres coupes (longueur de 25 50 mm), taux denviron 30%. matrice : rsine polyester charge de carbonate de calcium. le produit est prt lemploi, mais sa dure de stockage est limite. Caractristiques moyennes des BMC et SMC (d'aprs Maurice Reyne)Taux de renfort (%)

Semi-produits TD

BMC SMC

25 30

1,8-1,9 1,7-1,8

40-70 130

25

Module de flexion (Gpa) 7,5 14

Masse spcifique 3 (kg/dm )

Rsistance la traction (Gpa)



2.3.2

Rsines thermoplastiques (TP) :granul, dit TPR ( thermoplastique renforc ), existe sous les formes : fibres courtes : polymres techno-plastiques ou PP, renforcs de fibres de verre (taux de lordre de 30%) ; fibres longues : fibre continue enrobe de polymre ; la fibre a la mme longueur que le granul aprs dcoupe. plaque, dite TRE ( thermoplastique renforc estampable ) : compose de 2 feuilles de TP extrudes entre lesquelles on insre 1 ou 2 mats de renforts ; lensemble est repris par calandrage chaud, puis refroidi et dcoup la demande. Le renfort est constitu de mat de fibre de verre avec un taux denviron 30%.

On utilise deux types de semi-produits base thermoplastique (TP) :

Les principaux semi-produits utiliss lors de la fabrication de pices en composites sont rsums dans le tableau suivant. Semi-produits utiliss dans la fabrication des compositesType de semi-produit BMC Thermodurcissable SMC Granul TPR Thermoplastique Plaque TRE Verre ou carbone Verre Type de rsine Renfort Structure du renfort Fibres courtes (12 mm) Mats fibres longues (50 mm) Fibres courtes ou longues (0,1 10 mm) Mats de fibres courtes ou continues Mats de fibres continues ou tissu Compression Mise en oeuvre

Injection Estampage Enroulement, pultrusion, estampage, compression

Primprgn thermoplastique : combinaison ou comlange de Thermoplastique Verre ou fils renforts/matrices (PET, PP, PE) carbone (Twintex, Schappe)

3

TECHNOLOGIES DE TRANSFORMATION

3.1 Principaux procds utiliss en FranceLes procds de mise en uvre des matriaux composites sont plus nombreux que les techniques de transformation des mtaux ; toutefois leur industrialisation est encore rcente ce qui engendre de nombreuses difficults quant la prdictibilit des rsultats. Les principaux procds de transformation actuellement utiliss sont prsents le tableau ci-aprs Synthse des procds de transformation prsentant les diffrents procds de transformation parmi lesquels on a distingu les grands types suivants : les techniques de mise en oeuvre : formes 3D moules sans presse avec un seul moule ; formes 3D moules avec presse avec deux moules ; formes profiles ou produits longs ; formes de rvolution.

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la classe de composites pouvant tre raliss par les diffrents procds : composites GD avec matrice TD, gnralement polyester ou vinylester ; composites HP avec matrice TD, poxy ; composites GD avec matrice TP, essentiellement polyurthanne ; composites HP avec renforts primprgns thermoplastiques (PET, PP, PE).

3.2 Acteurs franais de la transformation des compositesSeuls une soixantaine dacteurs franais travaillent sur les technologies RTM ou de compression BMC/SMC, qui sont les principales technologies de transformation susceptibles de se dvelopper. En France, selon le GPIC, environ 1 500 industriels sont concerns par la transformation des composites, mais seulement 400 450 y consacrent la plus grande partie de leur activit. En effet, de nombreuses PME/PMI qui ralisent des pices par injection, ne consacrent quune faible partie de leur activit la transformation des composites. Le tableau ci-dessous prsente quelques uns des principaux acteurs franais de la transformation des composites et les classes de produits concernes. Exemples d'acteurs franais de la transformation des composites1Procds Moulage au contact ou projection Drapage Compression SMC/BMC Injection TPR RTM RIM Imprgnation en continu Estampage TRE Pultrusion Enroulement filamentaire Centrifugation Procds innovants Classe de Acteurs composite France GD HP GD GD GD/HP GD GD GD GD GD/HP GD GD/HP 125 16 29 142 35 10 4 4 5 15 3 ExemplesPlastim, Natec, Stratiforme, chantiers navals Composites Aquitaine, EADS, Dassault, Bretagne Composites Inoplast, Sotira, Nief Plastic Allibert Equipement Nief Plastic, Sogeplast Stratiforme, Sotira, Stratim Sotira, Peguform, Compreforme, Faurecia, Hutchinson Oceane Composites, Topflex Nief Plastic Bretagne Composites Allibert Equipement, Hussor, PRP Planet GDP, DCP Composites Aquitaine, Carlier Calorna Purflo Fimor, Hermex Schappe, Vetrotex

Cadences Trs faibles Trs faibles Eleves Eleves Moyennes Moyennes Eleves Moyennes Moyennes Moyennes Moyennes Moyennes leves

Evolution En dclin Dclin lger En dveloppement Stable En dveloppement Stable Stable Fort dveloppement Dveloppement Stable Stable En dveloppement

1

Pour chaque procd, les acteurs les plus impliqus sont nots en gras.

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Synthse des procds de transformationProcds de transformation Utilisation Renfort Nature Mat ou tissu de verre Fibres coupes (l=4-6 cm) Tissus primprgns carbone, aramide, verre R Mats de verre Tissu verre R ou carbone Semi-produit BMC ou SMC Plaques TRE Granul TPR Semi-produit BMC Fibres de verre broyes l=0,1-0,2 mm Mat de fibres longues Mat de verre fibres coupes Fibres continues verre Fibres continues carbone Fibres coupes, mat enroul ou tresses de verre Fibres continues verre E Fibres continues verre R, carbone, aramide Taux (%) 30-40 25-30 Jusqu 50 Matrice Cycle

1.- Formes 3D moules, sans presse avec 1 seul moule Contact Projection simultane Drapage autoclav 2.- Formes 3D moules la presse avec 2 moules Pressage basse pression RTM Compression moyenne pression Estampage TRE Injection haute pression TP Injection transfert haute pression TD Injection raction R-RIM (moule ferm) Injection raction S-RIM (moule ouvert) 3.- Formes profiles ou produits longs Stratification en continu Pultrusion 4.- Formes de rvolution Centrifugation GD GD Enroulement filamentaire HP 35-45 50-70 60-80 Polyester Polyester, vinylester Epoxy Quelques heures De 1 heure 1 jour De 1 jour quelques jours GD HP GD GD GD GD GD GD GD GD HP 22-28 Jusqu 80 Polyester Epoxy Matrice TD Matrice TP Matrice TP Matrice TD Polyurthanne Polyurthanne Polyester Polyester Epoxy 20-30 mn 20-30 mn 2-3 mn 1 mn De 10 s 1 mn 1,5-2 mn 1-2 mn 1-2 mn 6-12 mn 1-2 m/mn 0,5 m/mn GD GD HP Polyester, vinylester Polyester Epoxy Jour 2 jours 2 jours

15-20 200C) et haute pression (15 bars) pour la polymrisation (phase dautoclavage). Principe du drapage autoclavMembrane Tissu dabsorption Film de dlaminage Structure composite Moule

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Les technologies manuelles de transformation reprsentent encore 21% des composites transforms en France, dont 7% pour la projection simultane ; ils sont toutefois en en dclin relatif pour les raisons suivantes : sous la pression des pays nordiques, les missions toxiques (COV), tel le styrne contenu dans les polyesters insaturs, sont susceptibles, terme, dtre limites dune exposition moyenne de 50 ppm admise aujourdhui 20 ppm dici 2004 ; des cadences sont faibles, de lordre dune pice par journe, incompatibles avec la productivit des secteurs de lautomobile, des sports et loisirs.

3.4 Procds de transformation par moulage3.4.1 Le procd RTMLe procd RTM (Resin Transfert Molding) devrait se dvelopper un rythme de 8% par an en Europe, en particulier pour la ralisation de petites sries, grce lamlioration des mthodes de simulation de linjection de rsine. Il permet, en 20 30 minutes, la ralisation simultane du matriau composite et de lobjet fini : le renfort, sous forme de mats ou tissus, est plac entre un moule mle et un moule femelle, la rsine thermodurcissable (polyester) de faible viscosit est injecte sous une pression de 5 bars, la polymrisation est auto-entretenue grce lchauffement dgag au cours de la raction de polymrisation. Procd de moulage RTM

Sources : Les Composites de Maurice Reyne

Le procd RTM assure la transformation denviron 5% des composites en France contre 8% en Europe ; il tend se substituer aux technologies manuelles pour les raisons suivantes : le procd est en moule ferm (donc, pas de dgagement de vapeurs nocives), les cadences sont plus leves, de 10 100 pices par jour.

30



Ce procd est bien adapt la ralisation de pices de petite taille en petite srie : en aronautique, pour les pices de dimension infrieure au mtre, dans le secteur automobile : toits, structure porteuse de petites voitures, cabines de camions, spoilers, dans le secteur ferroviaire :mobilier dintrieur des voitures, dans la construction : salles de bains, rservoirs essence, panneaux doliennes, pour les sports et loisirs : raquettes de tennis, skis, dans la construction nautique, secteur en progression, pour de petites pices.

La progression de lutilisation de la technologie RTM se heurte un certain nombre de difficults technologiques : une meilleure connaissance du procd et de la simulation de linjection doivent tre dveloppes, par exemple par lutilisation de mches de carbone conductrices pour suivre le front dinjection ; les pompes piston actuelles ninjectent la rsine que de manire discontinue et en trop petite quantit, do : difficult matriser le dbit et la pression dinjection ; apparition de dfauts dans la structure du composite conscutive linjection discontinue.

3.4.2

La compression de semi-produits thermodurcissables

Les technologies de compression de semi-produits thermodurcissables SMC/BMC, bien adaptes la fabrication en grande srie, devraient, au cours des prochaines annes, crotre au rythme de 6% par an en Europe. Toutefois, les semi-produits SMC/BMC doivent tre stocks une temprature comprise entre 5C et 18C ; ils sont mouls par compression dans les conditions suivantes : en moule ferm, sous une pression de 50 bars et une temprature de 150C, pour permettre la polymrisation, pendant une dure de 2 5 minutes.

Daprs Plastiques & Composites

31



Les BMC peuvent galement tre transforms par un procd d'injection comparable celui des thermoplastiques. Le procd de compression de semi-produits SMC/BMC est le plus rpandue en France ; il reprsente environ 35% des composites transforms contre 12% en Europe. Ce procd trouve ses principales applications dans les applications suivantes : la construction lectrique : botiers, composants lectriques, supports de lampes ; le secteur automobile : botiers de phares, poutres de pare-chocs ; la construction : panneaux, composants de cuisines et de salles de bain ; les sports et loisirs.

Les technologies de compression SMC/BMC devraient progresser au rythme denviron 6% par an en Europe ; elles prsentent, en effet, les avantages suivants : elles sont bien adaptes aux cadences leves de fabrication de produits de grande diffusion ; elles utilisent des moules ferms, limitant les manations de COV (styrne). Avantages et inconvnients des semi-produitsProcds BMC SMC Atouts Handicaps

Technologie compatible avec des cadences Dure de stockage des semi-produits Conditions de stockage (temprature 50ppm VME> 20ppm

Les mesures dpassant le seuil de 50 ppm sont nombreuses. La proportion peut atteindre 30 40% pour les oprations les plus exposes de moulage et d'bullage.

2.1.3

Consquences envisageables d'une volution de la VME

Alors mme que le respect de la recommandation nationale n'est pas aujourd'hui pleinement assur, la mise en place au niveau europen d'une VME 20 ppm pourrait reprsenter une contrainte supplmentaire pour lactivit des transformateurs en moule ouvert, en gnral des PMI, qui transforment plus de 20% des composites en France. Applique unilatralement en UE, cette limitation de la VME pourrait induire une baisse substantielle des marchs, au profit de pays mergents aux normes plus souples (VME>100 ppm), comme le Brsil, avec un risque rel de dlocalisation des activits de moulage au contact. Une solution consisterait encourager le remplacement des techniques de transformation en moule ouvert par des techniques en moule ferm. Toutefois, les techniques de transformation en moule ferm, par exemple le RTM, ne peuvent que difficilement se substituer aux mthodes de moulage par contact ou projection pour les pices de grande taille destines, en particulier, laronautique et la construction nautique. Dans certains secteurs, les composites constituent le matriau de remplacement des matriaux traditionnels ; il apparat incontournable pour la fabrication de bateaux de plaisance.

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Dfis & Opportunits

Un nouveau composite prend la merLes milliers de chantiers navals qui parsment les rivages de l'Europe bnficient dsormais d'une nouvelle technologie de moulage de matriaux composites performante et non nocive pour l'environnement. Une innovation appele se diffuser dans de nombreux autres secteurs. En avril dernier, le constructeur de bateaux britannique Halmatic remportait le prix d'innovation industrielle JEC Composite 2000 pour la mise au point d'une premire technologie de moulage thermoplastique basse pression de grandes structures en polypropylne renforc de fibres. Fruit du projet 1 europen Envirocomp , (Envirocomp est un exemple parmi les nombreux projets soutenus par les programmes europens de recherche industrielle de l'Union) ce nouveau composite constitue une alternative au moulage traditionnel des structures classiques en polyester arm de fibres de verre qui pose d'importants problmes pour l'environnement et la protection sanitaire sur les chantiers. Dans un tel contexte rglementaire posant des difficults croissantes l'activit du secteur, l'objectif du consortium de recherche Envirocomp fut d'apporter une alternative technologique liminant radicalement ce problme des solvants. Outre des constructeurs de bateaux, le projet, coordonn par la firme britannique spcialiste des matriaux composites Euro-Projects, runissait des fabricants de pales d'oliennes, des fournisseurs de matriaux polymres ainsi que des organismes de recherche et de certification danois, franais, allemands et anglais. Une solution thermoplastique : la solution propose est un procd thermoplastique bas sur un polymre diffrent du polyester: le polypropylne. Au sein du projet, la firme franaise Vetrotex a dvelopp un amalgame de fibres de verre tisses et de polypropylne baptis Twintex. Dispos dans un moule, avec toutes les pices et accessoires requis, ce matriau est chauff sous vide pour prendre parfaitement la forme de la structure voulue. Ce procd limine tous les problmes de pollution dus aux solvants. Le polypropylne forme, en outre, un composite dot d'une excellente qualit de rsistance aux attaques de l'eau et des produits chimiques, tout en offrant de meilleures performances mcaniques face aux chocs et la dlamination que le polyester .Il permet galement des conomies par le recyclage ais des chutes. A cot de matires premires gal, il demande moins de main-duvre puisqu'il permet d'obtenir l'paisseur voulue en une seule opration .Daprs RDT Info, Magazine de la recherche europenne

2.1.4

Rejets dans latmosphre des missions de COV

La rglementation actuelle ne prend pas en compte les rejets dans latmosphre des missions de COV. A cet gard, la Directive europenne du 11 mars 1999, relative la rduction des missions de COV dues lutilisation de solvants organiques dans certaines activits et installations industrielles a t transcrite en droit franais par larrt du 29 mai 2000. Laction du GPIC et du GPRMC a permis dobtenir confirmation, en juin 2000, de la DG Environnement que les solvants qui rticulent lors du durcissement ne tombent pas sous le coup de la Directive. Les installations de transformation du polyester restent toutefois soumises la directive COV en raison de lutilisation de produits qui sont lorigine dmissions de COV. Il sagit de styrne nayant pas ragi ou solvants de nettoyage (actone et chlorure de mthylne). Larrt du 29 mai 2000 offre lindustriel une double option, soit de respecter les valeurs limites de COV pour les missions canalises et diffuses, soit de mettre en place un schma de matrise des missions (SME)2.

1

Research, development and evaluation of environmentally friendly advanced thermoplastic composites for the manufacture of large surface area structures (Rf. BRPR960228) 2 Le GPIC et la Fdration de la Plasturgie ont entrepris la rdaction dun guide de matrise des missions de COV disponible fin 2001 ; il permettra aux entreprises du secteur dlaborer leur propre SME.

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Dfis & Opportunits

2.2 La lgislation sur l'obligation de recycler les compositesLa lgislation sur l'obligation de recyclabilit des composites devrait tre mise en vigueur ds 2004 dans le secteur de lautomobile, qui reprsente plus de 30% de leurs dbouchs. Laccord cadre du 10 mars 1993, relatif au retraitement des VHU en France, sign entre les professionnels de l'automobile et les pouvoirs publics, prvoit que : les dchets issus du traitement des vhicules retirs de la circulation en 2002 ne devront pas dpasser 15 % du poids du vhicule (ou 200 kg/ vhicule hors dusage), les vhicules mis sur le march partir de 2002 seront conus de manire ne pas produire plus de 10 % de dchets pendant leur destruction, les vhicules mis sur le march en 2015 ne devront pas produire plus de 5 % de dchets. La future directive europenne sur les VHU.Dans la plupart des pays d'Europe, les constructeurs se sont engags amliorer la gestion des VHU du point de vue de l'environnement. Les engagements visent limiter la fraction des VHU mis en dcharges et/ou fixer des objectifs de valorisation. Les rglementation ou engagements contractuels entre profession et pouvoirs publics diffrent sur les taux et les chances, mais concourent aux mmes objectifs. En France, l'engagement des constructeurs est que les nouveaux modles pourraient tre recycls de telle sorte que les dchets ultimes n'excdent pas 10 %. Devant ce foisonnement, la Commission a t tente de proposer d'uniformiser les objectifs. L'objectif fix par la proposition de directive1 est de parvenir un taux de rutilisation/valorisation de 85% du poids du vhicule d'ici 2005 et 25% d'ici 2015 et un taux de rutilisation/recyclage de 80% d'ici 2005 et 95% d'ici 2015. Etant donn qu'actuellement 75% des VHU sont recycls (la fraction mtallique est recycle 95 %, voire 100 %), l'objectif vis par la directive ne concerne en ralit que la seule fraction des rsidus automobiles et vise un gain de 10% supplmentaire d'ici 2005, 20% d'ici 2015. Selon la Commission, le dmontage et recyclage de 10 millions de vhicules hors d'usage reprsente un gisement de 10 15.000 emplois. Cet objectif parat tout fait accessible. Le march du recyclage matire notamment peut tre accru en recyclant le verre, les pneus. En revanche, les professionnels sont moins optimistes que la Commission concernant les plastiques. Calendrier : Ce dispositif s'applique partir du 1er janvier 2001 pour les vhicules mis sur le march cette date et partir du 1er janvier 2007 pour ceux mis sur le march avant le 1er janvier 2001. Les Etats membres qui le souhaitent pouvant d'emble avancer ces dates d'application. A partir du 1er janvier 2006, au mois 85% du poids moyen d'un vhicule devrait tre rcupr et 80% du poids moyen devra tre rutilis ou recycl. A partir de 2015, ces taux seront respectivement de 95 et 85% mais pour les voitures produites avant le 1er janvier 1980, les obligations seront plus faibles : respectivement 75 et 70%.Extrait de senat.fr2

1 2

Proposition de directive du Conseil COM 97 final 358, JOCE 9 juillet 1997. Le 7 septembre dernier, le parlement a adopt le texte final de la directive sur les vhicules hors d'usage (VHU).

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Dfis & Opportunits

2.2.1

Description et implications

Les matriaux composites ne sont pas explicitement classifis dans : la liste de lOCDE, appele liste verte/ambre/rouge ; la liste rouge correspondant aux produits les plus dangereux ; la liste de la Convention de Ble qui distingue deux groupes, A et B, ce dernier tant le plus nfaste.

Non classs dans ces listes, les composites sont automatiquement assimils aux produits des listes les plus contraignantes (la liste rouge de lOCDE, la liste B de la Convention de Ble). De ce fait, lassimilation de facto des composites aux produits considrs comme dangereux pour lenvironnement entrane un certain nombre de contraintes concernant la gestion des dchets des composites, en particulier : leur mise en dcharge est interdite ; la valorisation nergtique par incinration est menace moyen terme (2 5 ans) ; le transport international de ces dchets, vers un centre de recyclage, est soumis une rglementation stricte.

A lhorizon 2015, la lgislation prvoit, pour les vhicules en fin de vie, que : 85% des constituants devront tre rutiliss ou recycls ; 10% des constituants verts pourront tre valoriss nergtiquement ; toutefois les composites, considrs comme dangereux, ne devraient pas pouvoir tre incinrs ; 5% des constituants, issus de lopration de recyclage, pourront tre mis en dcharge.

La dure de vie dun vhicule tant dune dizaine danne, la modification de gestion du cycle de fin de vie des vhicules automobiles devra tre prise en compte ds 2004 par les constructeurs. Lindustrie des composites devra alors justifier de solutions de recyclage fiables et prouves face des technologies concurrentes facilement recyclables, telles que les aciers spciaux ou laluminium: En labsence de solutions de recyclage satisfaisantes, les composites pourraient ne plus jouer quun rle marginal dans l' automobile, qui reprsente pourtant en France 36% de leur dbouch : il est donc impratif que des solutions aux problmes de recyclabilit soient trouves afin de lever cette hypothque incontournable.

2.2.2

Prise en compte des difficults du recyclage

Les difficults et les enjeux du recyclage sont peu ou mal perus par les industriels franais de la transformation des composites. Le recyclage des composites thermodurcissables (TD) se rvle difficile car la matrice ne peut tre refondue, et nest pas rutilisable sous forme de matire premire. Les solutions actuelles de recyclage des composites matrice TD consistent les broyer en poudre utilisable uniquement sous forme de charges faible valeur dans de nouveaux composites, en particulier dans les semiproduits SMC/BMC ou dans des bitumes. Ces solutions sont handicapes par leur cot qui rendent les charges obtenues peu comptitives. Du fait de leur composition htrogne (prsence de fibres) et en dpit de divers arguments publicitaires, le recyclage ou la revalorisation des composites thermoplastiques (TP) pose les mmes difficults que les composites TD : la revalorisation la plus simple est sous forme de poudres pour charges et bitumes, mais la charge constitue de composites TP recycls cote plus cher que la matire premire et son utilisation ne peut pas tre directement rentabilise.

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Dfis & Opportunits

La solution consistant sparer les fibres et la matrice TP, bien que techniquement possible, reste encore trs coteuse. Le recyclage des matrices TP, mme spares des fibres, est mal matris aujourdhui car les composites thermoplastiques contenant, par exemple, 25% de matire recycle ont des proprits mcaniques trs dgrades et ne peuvent tre utiliss que dans des applications nexigeant que des proprits mcaniques trs faibles (par exemple, des fauteuils de jardins). Les transformateurs franais nont pas, dans lensemble, pris conscience des chances et des difficults poses par le recyclage. Ils nanticipent pas lentre en vigueur prochaine de nouvelles rglementations et, en labsence de contraintes rglementaires, nenvisagent pas de dvelopper de nouvelles solutions ; toutefois quelques initiatives se font jour, notamment : en France, dans le cadre de programmes de recherche financs par Renault, PSA, Menzolit, Vetrotex, Mcelec a dvelopp une filiale de recyclage (MCR) ; mais cette initiative ne concerne que 3% des SMC par an soit moins de 3.000 tonnes ; en Allemagne, Ercom recycle les compostes thermodurcissables pour leur utilisation dans les semi-produits SMC/BMC, mais, compte tenu de la lgislation sur les transports internationaux des produits dangereux, nenvisage pas daccepter les composites provenant dautres pays europens.

3

DIFFICULTES POSEES AUX CONCEPTEURS

3.1 La prise en compte de la spcificit des compositesDs le stade de la conception, la spcificit des composites devrait tre prise en compte par les bureaux dtudes au moyen dune approche fonctionnelle permettant de mieux identifier les caractristiques attendues et demandes aux matriaux composites. Pour intgrer la spcificit des composites, les bureaux dtudes doivent, ds le stade de la conception, raisonner en termes de fonctions et danalyse globale de la valeur dusage et non plus en termes de pices isoles, afin de dterminer : les pices et procds dassemblage conomiss par les capacits dintgration de fonctions propres aux composites ; les traitements et protections conomiss ; mais galement, les essais techniques spcifiquement adapts aux composites la place des essais traditionnellement effectus sur des pices en acier, par exemple : les essais de pression 1,5 fois la pression de service ; ces essais traditionnels, lis aux caractristiques de plastification des mtaux, ne prsentent que peu dintrt dans le cas des matriaux composites qui ne possdent pas cette proprit ;

les essais de flexion, qui ne permettent pas de dterminer la rsistance la torsion despices en composites. En fait, on constate que deux cultures opposes sexpriment au sein des bureaux dtudes : les ingnieurs de culture oriente acier ont tendance se limiter substituer des pices en composites aux pices en matriaux traditionnels ; dautres concepteurs, en gnral de formation plus rcente, ont une meilleure perception des problmes lis lutilisation des matriaux composites et une rflexion plus oriente fonction .

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Dfis & Opportunits

Toutefois, une certaine volution des mentalits des concepteurs est perceptible dans les secteurs de la construction navale, de laronautique et de lautomobile. Cette difficult intgrer la spcificit des composites nest pas propre la culture franaise ; elle se retrouve dans les pays europens et aux Etats Unis. Dans ce pays, lassociation des producteurs de composites (CFA), publie des guides et organise des formations, destins aux nonspcialistes des composites, dans lesquels la conception particulire impose par les composites est souligne.

3.2 Ncessit de dvelopper des outils de simulationOn a constat que la recherche sur la simulation du comportement des composites SMC et BMC et des procds de transformation associs a t pratiquement arrte pendant une dizaine dannes. Dans certains cas, laronautique par exemple, il savre que les logiciels de conception, de simulation et de dimensionnement des pices en composites ont t dvelopps en interne, un moment donn pour rpondre, des besoins ponctuels ; les modules qui sont issus de cette recherche sont htrognes et mal matriss car les dveloppeurs, pour la plupart des stagiaires, ont quitt lentreprise sans laisser de notes suffisamment explicites permettant une exploitation optimale de leur travail. La recherche sur la modlisation des procds de compression SMC et BMC, qui reprsentent pourtant 35% des composites transforms en France, a t rduite au cours de la dernire dcennie, mais reprend progressivement, en particulier sur les thmes suivants : la modlisation de la simulation dcoulement et de remplissage pour le procd SMC ; ldition dun logiciel spcialis dans la compression BMC dici un an par ESI.

Dans le domaine de la conception industrielle, les logiciels actuellement les plus couramment utiliss par les transformateurs sont : Composic/Sysply (ESI) pour la simulation dinjection ; le module spcifique aux composites thermodurcissables de Molflow ; certains logiciels dvelopps par plusieurs centres de recherche comme ceux de lEcole des Mines de Douai (ENSTIMD) ou le Ple de Plasturgie de lEst (PPE) peuvent tre utiliss pour des prestations de services offertes aux industriels.

3.3 Choix entre cadences de production et proprits mcaniquesLindustrialisation en grande srie des procds de transformation des composites ncessite encore des choix entre cadences de production leves et hautes performances. En effet, lutilisation des matriaux composites impose un choix entre : des procds pour la ralisation de pices aux forme

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