Par Mélodie AUBERTIN, Consultante – Financement de l’Innovation

ACIES Consulting Group

Acier – Aluminium : la rivalité économique au service de l’Innovation et de la Recherche

Après l’avènement du marché de la canette de boisson, et avec la réduction de l’utilisation de l’aluminium dans l’aviation au profit des composites, l’attention de cette industrie se tourne vers l’automobile, et en particulier vers le pré carré de l’acier : les pièces de structure (résistance au crash) et de peau (carrosserie).

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Jusque dans les années 2000, le poids des véhicules n’a cessé d’augmenter avec l’amélioration de la sécurité et du confort. Ainsi une voiture qui pesait 900 kg au début les années 90 atteint 1300 kg en 2012 (exemple de la Renault Clio) [1] :

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Dans le même temps, la pression environnementale n’a cessé de croître, en particulier concernant les émissions de CO2 des véhicules. Le levier le plus efficace dans cette optique est la réduction du poids de l’automobile, et comme il est hors de question de réduire la résistance au crash ou le nombre d’équipements, ce levier se déplace sur la structure et la carrosserie en acier.

De manière simplifiée, réduire le poids de l’acier implique de réduire les épaisseurs des plaques utilisées sans en réduire les propriétés mécaniques, porteuses de la performance de la pièce finale.

C’est là qu’entre en jeu l’aluminium : ce métal est intrinsèquement bien plus léger, et profitant de la recherche pour l’aéronautique, ses performances mécaniques se rapprochent de plus en plus de l’acier. L’augmentation d’épaisseur nécessaire au passage de l’acier à l’aluminium à performances égales continue de diminuer, permettant à son utilisation de sortir des voitures de luxe (où l’écart de prix d’avec l’acier l’avait cantonné). En moyenne, dans quelques années, une voiture pourrait contenir environ 200 kg de métal blanc en moyenne, alors qu’elle n’en contenait que 80 kg au début des années 2000.

Le meilleur exemple de ce changement de matériau est le pick-up Ford F-150. Ce modèle, le plus vendu en Amérique du Nord, a gagné plus de 300 kg avec la transition vers l’aluminium de pièces de structure et de peau en 2015.

Mais l’acier n’a pas dit son dernier mot ; la majorité des nuances utilisées dans les véhicules neufs n’existaient pas il y a quelques années. L’industrie sidérurgique a répliqué avec des nuances à très haute résistance (High Strength Steels HSS en anglais), puis de plus en plus résistantes : aciers à haute limite élastique (HLE) de 400 à 700 MPa, puis par des aciers à très haute limite élastique (THLE) 800 à 1000 MPa, voire à ultra-haute limite élastique (UHLE) de 1300 à 1500 MPa. La barre des 2000 MPa a même été dépassée.

Cependant, ces innovations influencent plus que les seuls fournisseurs de métal : plus un acier est résistant, moins il est formable (il devient plus « raide »). Les équipementiers automobiles ont donc été inclus dans cette réflexion et de nouveaux procédés de mise en forme (comme l’emboutissage à tiède) ou de nouveaux traitements thermiques post-déformation ont vu le jour. Les constructeurs automobiles ont également dû prendre cette problématique en compte dans le design de pièces nécessitant une mise en forme moins complexe.

Au final, de plus en plus de véhicules de structure multi-matériaux, combinant acier et aluminium, sont produits. Ceci a mis en évidence de nouvelles problématiques (assemblage multi-métallique, couplage galvanique…), auxquelles la Recherche s’attelle, aussi bien côté acier qu’aluminium. L’essor de la propulsion électrique apporte également de nouveaux challenges spécifiques.

Cependant, la montée en puissance des composites aux fibres de carbone et le développement éclair de la fabrication additive peuvent révolutionner dès demain la manière de construire les automobiles. Il est toutefois certain que ni l’acier ni l’aluminium ne quitteront nos chères voitures sans nous réserver de belles innovations, comme a pu le montrer ArcelorMittal au dernier Mondial de l’automobile [2] avec la nouvelle gamme d’acier de troisième génération Fortiform® pour l’emboutissage à froid. Combinés aux aciers pour emboutissage à chaud, ils permettent la conception de véhicules encore plus légers.

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Références :

Autres sources :