La décennie à venir :la clarté avec une forte dose d'incertitude

Alors que nous entrons dans la décennie des années 2020, il vaut la peine de réfléchir à ce que les années 2010 ont apporté à la communauté des composites et à la façon dont ces innovations peuvent ou non façonner l'avenir. Sur le marché traditionnel des composites de l'aérospatiale, le Boeing 787 est entré en service en 2011, suivi de l'Airbus A350 XWB à forte intensité de composites en 2015. Bombardier CSeries avion monocouloir, avec des ailes infusées de résine, est entré en service en 2016. Airbus a ensuite acquis la CSeries gamme de produits en 2018, la rebaptisant A220. Enfin, et malheureusement, 2019 a marqué l'annulation de l'Airbus A380, un avion plus grand que nature qui a été le pionnier de nombreuses innovations composites.

Sur le plan automobile, BMW a bouleversé l'industrie en 2013i8 et i3 en introduisant le , en établissant une chaîne d'approvisionnement verticale mondiale et en faisant penser à de nombreuses personnes que l'ère des véhicules à forte intensité de fibre de carbone arriverait bientôt en masse . Deux ans plus tard, BMW a présenté la Série 7 redessinée , un véhicule multi-matériaux avec environ 15 pièces structurelles en fibre de carbone, suggérant peut-être une voie alternative à l'adoption de masse. À la fin de la décennie, General Motors a dévoilé la Sierra Denali camionnette avec une boîte en thermoplastique renforcé de fibre de carbone moulée par compression, et en 2019, une version à moteur arrière de la Corvette avec une poutre de pare-chocs arrière incurvée et pultrudée.

Dans le domaine du recyclage des composites, en particulier pour les composites en fibre de carbone (au-delà des déchets de fibres), la décennie a commencé avec pratiquement aucune base d'approvisionnement et s'est terminée avec plus d'une douzaine de fournisseurs, dont beaucoup ont fourni des quantités commerciales aux applications en aval. L'industrie de l'énergie éolienne a connu une décennie record, a plus que triplé sa capacité mondiale et s'est avérée être un marché fort pour les composites. Je couvrirai le vent plus en détail le mois prochain, je me concentrerai donc ici sur l'aérospatiale et l'automobile.

Bien que je sois basé aux États-Unis, j'ai eu l'occasion au début de 2019 de visiter un certain nombre d'instituts de recherche au Royaume-Uni qui se concentrent sur les composites, et en décembre, j'ai visité plusieurs instituts Fraunhofer et installations du DLR dans le nord et le sud de l'Allemagne, en tant que ainsi que plusieurs installations de production desservant les marchés de l'aérospatiale et de l'automobile. Ces visites et discussions augmentent mes observations aux États-Unis quant à la direction que prendront les développements de matériaux et de processus au début de 2020. Bien que des différences existent à un certain niveau entre les pays, les principaux axes sont vraiment mondiaux - l'augmentation de la vitesse de production et la réduction des coûts dominent, avec le recyclage et la durabilité font partie intégrante de ces efforts de R&D. Tout confirme que la collaboration internationale pour s'attaquer à ces problèmes est non seulement bénéfique, mais impérative si les composites doivent réellement remplacer les matériaux traditionnels.

Alors que des questions demeurent, l'avenir des composites dans l'aérospatiale se précise quelque peu. Malgré aucune annonce officielle concernant le remplacement des piliers monocouloirs Boeing et Airbus, il est évident qu'une grande partie de la recherche aérospatiale se concentre sur la fourniture de technologies pour fabriquer, usiner, inspecter et assembler de grandes structures composites avancées à des taux plus élevés. C'est une chose de livrer 100 à 140 gros porteurs par an, mais c'en est une autre de construire 700 à 900 monocouloirs par an avec des structures primaires composites. Lorsque l'on considère les marchés adjacents des véhicules aériens sans pilote (UAV) et de la mobilité aérienne urbaine (UAM) tels que les taxis aériens, les volumes sont susceptibles de se chiffrer en milliers par an. Bien qu'il y ait un intérêt considérable pour les thermoplastiques, les grandes structures pour les avions de passagers sont plus susceptibles de rester dans des thermodurcissables (préimprégnés infusés sous vide ou durcis hors autoclave), avec des thermoplastiques dans des clips, des supports, des nervures et d'autres composants plus petits. Pour les marchés des UAV et UAM, attendez-vous à ce que l'industrie tienne compte des thermoplastiques et intègre également des technologies développées pour l'automobile, telles que le moulage par transfert de résine haute pression (HP-RTM), la pultrusion et le moulage par compression.

Le monde de l'automobile, en revanche, fait preuve d'une grande incertitude. La fibre de carbone suscite toujours un vif intérêt, mais sa valeur doit désormais être considérée à la lumière d'autres forces motrices - électrification, mobilité et autonomie - et pas seulement l'allègement pour l'allégement. Au cours des 10 dernières années, les temps de cycle et le coût des composites en fibre de carbone ont été réduits de 50 % ou plus, mais doivent encore aller plus loin. La fibre de carbone discontinue, qu'elle soit recyclée ou issue de précurseurs/procédés à moindre coût, trouvera sa place en tant que renfort pour les composés de moulage par compression ou par injection, où l'automatisation est élevée et les taux de rebut sont faibles. Bien que BMW ait récemment annoncé qu'il continuerait à construire le i3 jusqu'en 2024, l'industrie automobile allemande dans son ensemble se retire des nouvelles applications de la fibre de carbone continue. L'avenir de la fibre de carbone dans les structures primaires à haut volume dépendra de la réduction des coûts des pièces finies à moins de 18 € par kilogramme (environ 10 $ par livre). Les solutions possibles à moyen terme incluent des structures continues en fibre de verre ou hybride verre/carbone, ainsi qu'un développement accru de composants hybrides surmoulés.

Que rapporteront les 10 prochaines années pour les composites ? Pour les choses qui volent, l'avenir s'annonce radieux. Mais pour les véhicules terrestres, nous avons encore besoin de quelques avancées.