Le professeur de plastique a deux mots pour vous : Fibre de carbone.
Lors de la planification et de la construction de nos nouvelles voitures, les constructeurs automobiles se tournent de plus en plus vers la fibre de carbone – le même type de matériau que celui utilisé dans les avions de haute technologie 787 Dreamliner de Boeing. On dit qu’elle est jusqu’à 10 fois plus résistante que l’acier tout en étant quatre fois plus légère.
Au delà de l’automobile et de l’aérospatiale, la fibre de carbone est utilisée dans les articles de sport, les turbines éoliennes, les applications militaires et plus encore. Et son utilisation devrait doubler, voire tripler, d’ici 2020.
Alors… qu’est-ce que la fibre de carbone au juste ? Et pourquoi Professeur Plastics s’en soucie-t-il ? Je veux dire, ce n’est pas un plastique, non ?
Il est vrai que la fibre de carbone n’est pas elle-même un plastique. C’est une fibre (ou un filament) d’un diamètre incroyablement petit, composée principalement d’atomes de carbone. Et je veux dire petit – généralement entre 5 et 10 microns de diamètre (un micron est un millionième de mètre ou environ 0,000039 pouce). Ces fibres sont généralement regroupées pour former un fil (ou étoupe) qui est souvent tissé dans un tissu.
Vous vous souvenez peut-être de vos cours de chimie que les diamants – l’une des substances naturelles les plus dures – sont composés d’atomes de carbone disposés dans un réseau particulier. Il n’est donc pas surprenant que la fibre de carbone soit rigide, solide et légère, en plus de résister aux produits chimiques et de tolérer les hautes températures. Cela semble idéal pour fabriquer des choses.
Eh bien, seule, la fibre de carbone n’est souvent pas idéale. Elle est typiquement combinée avec d’autres matériaux pour fournir les propriétés nécessaires pour un châssis de voiture de course ou un fuselage d’avion ou un membre prothétique ou une raquette de tennis ou une canne à pêche ou un cadre de vélo.
Typiquement combinée avec quels autres matériaux, vous demandez ? Les plastiques.
Le terme « fibre de carbone » lorsqu’il est utilisé en termes profanes (comme dans les articles de presse) fait le plus souvent référence aux « plastiques renforcés de fibres de carbone » – c’est-à-dire un composite composé de fibres de carbone PLUS un certain type de plastique. Ou une combinaison de plastiques. Et peut-être d’autres matériaux. L’expression « plastiques renforcés de fibres de carbone » étant un peu longue, beaucoup de gens l’abrègent simplement en « fibre de carbone » ou « plastique renforcé de fibres de carbone » : « fibre de carbone » ou « composite de fibre de carbone ». Et le « plastique » est oublié. (C’est tellement triste.)
Combiner la fibre de carbone avec les plastiques, c’est un peu comme ajouter des barres d’armature (« reinforcing bar ») au béton, ce qui crée du « béton armé. » La combinaison de la fibre de carbone et des plastiques permet d’obtenir des matériaux ayant des qualités de surhomme, notamment une plus grande résistance et une plus grande durabilité.
La combinaison de la fibre de carbone et des plastiques permet d’obtenir des matériaux ayant des qualités de surhomme, notamment une plus grande résistance et une plus grande durabilité.
Comme mentionné ci-dessus, nos nouvelles voitures verront probablement une croissance rapide de l’utilisation des plastiques renforcés de fibre de carbone. (OK, appelons-le simplement PRFC.) À ce jour, les composants automobiles en PRFC – châssis, spoilers, toits, capots et de nombreuses pièces internes et externes – ont été employés en grande partie, mais pas exclusivement, dans les voitures de luxe ou de performance haut de gamme en raison des coûts de fabrication élevés. Aujourd’hui, de nombreux constructeurs automobiles (par exemple, Ford, Mercedes, General Motors, BMW) investissent massivement dans les applications du PRFC, maintenant que les coûts baissent et que les nouvelles technologies permettent de produire ces composants plus rapidement.
Pourquoi devrions-nous, nous conducteurs (ou passagers), nous en soucier ? Parce que l’utilisation accrue du PRFC peut réduire le poids des véhicules, améliorer l’économie de carburant et contribuer à la sécurité.
- Poids/économie de carburant : Comme indiqué ci-dessus, le PRFC est beaucoup plus résistant que l’acier tout en étant plus léger, ce qui permet d’alléger les composants des voitures. C’est l’une des raisons pour lesquelles Ford s’est associé à Dow Chemical Company pour étendre l’utilisation du PRFC, avec l’objectif de réduire le poids des automobiles de 750 livres d’ici 2020. Une simple réduction de 10 % du poids du véhicule peut augmenter la consommation de carburant de 6 à 8 % sur la durée de vie des voitures actuelles. C’est beaucoup d’essence.
- Sécurité : Les composants automobiles en PRFC peuvent avoir un taux d’absorption d’énergie plus élevé que l’acier, ce qui peut contribuer à améliorer la sécurité en cas de collision. À titre d’exemple, les voitures de course sont aujourd’hui fabriquées en grande partie avec du PRFC, ce qui a permis de réduire le poids, d’améliorer les performances et de renforcer la sécurité. Comme d’autres avancées en matière de sécurité développées pour la piste de course, les composants en PRFC se dirigent maintenant vers une utilisation courante dans la voiture familiale.
La croissance des composants automobiles en PRFC élargira l’utilisation déjà étendue et croissante des plastiques dans nos voitures. Les nouvelles voitures d’aujourd’hui sont déjà composées d’environ 10 pour cent de plastiques en poids, mais de 50 pour cent de plastiques en volume.
La combinaison de la fibre de carbone et des plastiques est prête à étendre encore plus ce ratio – tout en contribuant à l’efficacité énergétique et à notre sécurité.
Fibre de carbone. Cela semble être un matériau idéal. Il ne faut pas oublier les plastiques…