Le secteur automobile s’engage de plus en plus pour réduire son empreinte environnementale, et plus spécifiquement ses émissions de CO2. La tâche s’annonce complexe, car les émissions sont générées à de nombreux niveaux, qui vont “du berceau à la tombe”. A quelles conditions le choix des matériaux utilisés pour réaliser des automobiles peut-il avoir un impact significatif sur l’objectif de réduction des émissions ?
Les matériaux sont un levier efficace pour réduire les émissions de CO2 par une diminution de la masse des véhicules
Source : Presans et ICCT 2014
Le choix des matériaux a un impact direct sur la masse du véhicule, donc sur sa consommation d’énergie, et donc sur ses émissions de CO2. La relation entre la masse et le niveau d’émissions a été largement étudiée et peut être facilement estimée.
Le potentiel de réduction de la masse reste important en utilisant des matériaux plus coûteux (composites), et/ou un traitement industriel amélioré (par exemple, impression 3D).
Toutefois, le choix des matériaux doit prendre en compte l’ensemble du cycle de vie, ainsi que d’autres contraintes telles que le coût et la réglementation. Il doit également tenir compte des fonctions liées à la gestion de l’énergie (par exemple, l’électronique de puissance ou la gestion thermique des batteries) et à la durée de vie à bord (par exemple, la climatisation), qui peuvent n’avoir aucun impact visible sur les émissions de CO2 telles que définies par la réglementation en vigueur.
La réduction des émissions de CO2 est en concurrence avec la satisfaction d’autres contraintes
Optimiser les émissions de CO2 en exploitant le levier des matériaux signifie :
- Réduire la masse ;
- Optimiser l’efficacité énergétique ;
- Prendre en compte l’utilisation et le cycle de vie des véhicules.
Pour une fonctionnalité/optimisation donnée, il faut se concentrer sur :
- l’optimisation des coûts ;
- Les contraintes réglementaires portant sur les matériaux (par exemple, REACH, VHU, RoHS, les normes EURO X et leur équivalent au niveau mondial)
Une approche efficace pour le meilleur choix de la combinaison de matériaux devrait prendre en compte :
- Le coût effectif net = coût – avantages en termes de CO2 1;
- {Produit + processus} (volumes prévus / optimisation des processus industriels).
Les véhicules contiennent une grande variété de matériaux pour des utilisations diverses, et les constructeurs n’ont qu’une connaissance partielle de leur impact en termes d’émissions
Les véhicules contiennent une variété de matériaux pour une variété d’usages résultant d’efforts incessants de la part de l’industrie automobile :
- Pendant des décennies (années 70′) : optimiser les contraintes {masse faible, coût faible}.
- Tendance récente (<10 ans) : s’attaquer à la réduction des émissions de CO2
Diverses caractéristiques physiques des matériaux sont à l’étude, en relation avec la masse : résistance mécanique, amortissement, tribologie, thermique, électromagnétique, etc.
Les progrès dans le domaine des matériaux sont vastes, rapides, et s’accompagnent de nouveaux défis (par exemple, la transformation des portefeuilles mondiaux de recherche et d’innovation dans le domaine des plastiques sous l’influence de la quête de soutenabilité).
La relation avec les émissions de CO2 n’est pas bien connue de l’industrie automobile.
Sources : SIA (déc. 2018) et Presans.
Les matériaux sont un levier environnemental significatif que le secteur automobile doit maintenant explorer à fond !
Malgré la complexité, il est possible de trouver le compromis optimal de matériaux pour contribuer de manière significative à l’objectif de réduction des émissions de CO2. Le nombre de possibilités est cependant extrêmement élevé. Presans peut vous accompagner pour approcher la question composante par composante, afin d’identifier une solution satisfaisante.
Toutes ces considérations devraient toujours être ramenées au coût matière et process. Le moyen le plus efficace de lutter contre les émissions de CO2 est de s’arranger pour que la masse à déplacer soit la plus faible possible. Donc la plupart des indices de performance des matériaux qu’utilise le concepteur de véhicule respectueux de l’environnement incluront la densité (module sur densité, résistance sur densité, capacité énergétique d’une batterie sur densité…). Ceci permet de sélectionner les grandes familles de matériaux à employer (aciers, aluminium, composites, plastiques..).
Ensuite, ce qui va prévaloir c’est le coût, c’est à dire la résultante entre le coût des matières premières utilisées, le coût énergétique de la transformation, et du recyclage, la valeur spéculative des matériaux employés.
Vient ensuite l’empreinte carbone. Et c’est probablement le point le plus complexe à gérer, dans la mesure où, dès qu’on commence à utiliser des matériaux ou des procédés de mise en forme performants, on va avoir tendance à consommer de plus en plus d’énergie.
En conclusion, réduire les émissions de CO2 ne passera pas seulement par le développement de matériaux de plus en plus performant, mais également par une recherche d’économie de moyens. C’est à dire supprimer progressivement les éléments qui n’ont cessé d’augmenter la masse des véhicules ces 30 dernières années (elements de confort, d’isolation, de sécurité), et faire baisser les performances qui ne sont pas strictement nécessaires à la mobilité (downsizing moteurs et transmission, réduction drastique de la puissance donc des émissions).
En clair, la vraie révolution dans la mobilité sera probablement plus dans les mœurs que dans la technique et consistera probablement à inciter les usager à passer de la voiture passion et marqueur de statut social, à la voiture raison, utilitaire et aux performances strictement nécessaires.