Matériaux composites allègent camions poubelles électriques, boostant efficacité et durabilité

L'Institut Fraunhofer pour la Technologie des Matériaux et des Faisceaux IWS Dresden, avec cinq autres instituts de recherche et entreprises d'Allemagne centrale, ont récemment uni leurs forces pour le projet UTILITAS (« Structures ultralégères pour véhicules utilitaires en service municipal »), qui vise des solutions durables et rentables soutenant les municipalités pour atteindre leurs objectifs de protection climatique avec des ressources localement disponibles. Ensemble, les entreprises prévoient de construire de meilleurs conteneurs de collecte en métaux légers et plastiques composites renforcés fibres. Ces solutions remplaceront les superstructures en acier lourd des camions poubelles classiques par une alternative qui sera un tiers plus légère.

« Cette nouvelle génération de véhicules électriques pourrait alors transporter autant de déchets par chargement qu'un petit camion poubelle classique », souligne Annett Klotzbach, qui dirige le groupe Technologie Collage et Composites Fibres à Fraunhofer IWS Dresden.

Cependant, l'objectif global du projet signifie plus que juste construire de meilleurs véhicules de collecte. « C'est pourquoi l'alliance développe non seulement le conteneur, mais aussi les technologies de production pratiques associées », explique Klotzbach. « Le point important est de s'assurer que les nouveaux conteneurs peuvent aussi être construits rentablement en petites séries et être rapidement réparés dans des ateliers locaux. » Les partenaires du projet s'appuient sur des constructions de conteneurs en cadres aluminium et panneaux thermoplastiques renforcés fibres de verre, et testent aussi diverses méthodes d'assemblage.

Technologie d'assemblage innovante : HeatPressCool-integratif (HPCi)

Une des nouvelles technologies d'assemblage développées à Fraunhofer IWS, le « HeatPressCool-integratif » (HPCi), est également employée. Un laser rugose d'abord les composants aluminium, créant des rainures dans le métal plus fines qu'une épingle et seulement environ 200 micromètres de profondeur. Ensuite, l'outil presse le composant plastique contre la traverse aluminium et chauffe brièvement le métal. Pendant ce processus, le thermoplastique fond sur la surface aluminium, coule dans les rainures moulées au laser et y est ancré pendant le refroidissement. Après quelques secondes, aluminium et composite plastique sont dits liés de façon permanente et ferme.

Dans le cadre de la coopération de développement, les ingénieurs IWS visent aussi à déterminer la durabilité long terme du conteneur léger assemblé par HPCi comparé aux solutions vissées ou collées. Selon Fraunhofer IWS, le conteneur devra résister à de hautes charges en usage quotidien, par exemple quand la mécanique du véhicule compresse les déchets collectés. Dans des expériences précédentes, les conteneurs assemblés HPCi se sont avérés particulièrement durables et beaucoup plus faciles à réparer que les constructions collées. Des mesures ont montré que les joints HPCi peuvent résister à des forces de traction équivalentes à la pression d'un bras hydraulique jusqu'à 25 mégapascals.

Les experts IWS sont convaincus que le nouveau procédé d'assemblage n'est pas seulement adapté aux constructions de conteneurs à déchets, mais aussi aux constructions légères dans aéronefs, chemins de fer, installations industrielles ou navires. Des clients industriels ont aussi l'intention d'utiliser HPCi dans la production de lave-vaisselle et autres appareils ménagers. Pendant ce temps, pour soutenir l'application pratique large de la nouvelle technologie d'assemblage du projet, les chercheurs de Dresden disent avoir développé des pistolets d'assemblage HPCi compacts pas beaucoup plus grands qu'une perceuse standard. Ils peuvent être montés modulairement sur robots, par exemple, pour démarrer rapidement une petite production légère. Comme ce nouvel outil est si prometteur, les scientifiques Fraunhofer ont aussi l'intention de créer une entreprise bientôt qui produira en série les pistolets d'assemblage HPCi.

Perspectives de déploiement

Avec l'état des développements actuels, l'entreprise ajoute, les premiers camions poubelles électriques avec nouveaux conteneurs légers façonneront bientôt le paysage urbain de nombreuses grandes villes. « Les prototypes de conteneurs devraient être prêts début 2021 », annonce Klotzbach. « On s'attend aux premiers véhicules de collecte de déchets sur la route dans deux ans. » Les développeurs envisagent les entreprises municipales comme clients principaux.

Six partenaires sont impliqués dans le projet UTILITAS : Fraunhofer IWS Dresden, la Chaire de Conception Structurelle Légère et Transformation Plastique à l'Université Technique de Chemnitz (Chemnitz), Marko Pfaff & Co. Spezialfahrzeugbau GmbH (Bad Lausick), Car systems Scheil GmbH & Co. KG, PROFIL Verbindungstechnik GmbH & Co. KG (Friedrichsdorf) et EBF Dresden GmbH (Dresden).