La décennie à venir : naviguer dans l'incertitude avec une vision claire

Alors que nous entrons dans la décennie 2020, il vaut la peine de réfléchir à ce que les années 2010 ont apporté à la communauté des composites et comment ces innovations pourront ou non façonner l'avenir. Dans le marché traditionnel des composites aérospatial, le Boeing 787 est entré en service en 2011, suivi en 2015 par l'Airbus A350 XWB, tout aussi intensif en composites. Le CSeries monocouloir de Bombardier, avec des ailes infusées de résine, est entré en service en 2016. Airbus a ensuite acquis la gamme de produits CSeries en 2018, la rebaptisant A220. Enfin, et tristement, 2019 a marqué l'annulation de l'Airbus A380, un avion hors norme qui a été pionnier de nombreuses innovations en composites.

Sur le front automobile, BMW a bouleversé l'industrie en 2013 en introduisant les i8 et i3, établissant une chaîne d'approvisionnement verticale mondiale et amenant beaucoup à spéculer que l'ère des véhicules à forte teneur en fibre de carbone arriverait bientôt en masse. Deux ans plus tard, BMW a présenté la 7-Series redessinée, un véhicule multi-matériaux avec environ 15 pièces structurelles en fibre de carbone, suggérant peut-être une voie alternative vers l'adoption de masse. Vers la fin de la décennie, General Motors a dévoilé le pick-up Sierra Denali avec une caisse en thermoplastique renforcé de fibre de carbone moulé par compression, et en 2019 une version à moteur arrière de la Corvette avec une poutre de pare-chocs arrière courbée, pultrudée.

Dans le domaine du recyclage des composites, surtout pour les composites à fibre de carbone (au-delà de la fibre de rebut), la décennie a commencé avec pratiquement aucune base d'approvisionnement et s'est terminée avec plus d'une douzaine de fournisseurs, beaucoup fournissant des quantités commerciales pour des applications en aval. L'industrie de l'énergie éolienne a connu une décennie exceptionnelle, plus que triplant sa capacité mondiale et prouvant être un marché fort pour les composites. Je couvrirai l'éolien plus en détail le mois prochain, donc je me concentrerai ici sur l'aérospatial et l'automobile.

Bien que je sois basé aux États-Unis, j'ai eu l'opportunité début 2019 de visiter plusieurs instituts de recherche au Royaume-Uni qui se concentrent sur les composites, et en décembre j'ai visité plusieurs instituts Fraunhofer et installations DLR dans le nord et le sud de l'Allemagne, ainsi que plusieurs installations de production servant les marchés aérospatial et automobile. Ces visites et discussions complètent mes observations aux États-Unis quant à l'orientation des développements matériaux et procédés alors que nous commençons 2020. Bien que des différences existent à certains niveaux entre pays, les grands axes sont véritablement mondiaux — l'augmentation de la vitesse de production et la réduction des coûts dominent, avec le recyclage et la durabilité intégrés à ces efforts de R&D. Tout confirme que la collaboration internationale pour s'attaquer à ces problèmes n'est pas seulement bénéfique, mais impérative si les composites doivent vraiment remplacer les matériaux traditionnels.

Bien que des questions subsistent, l'avenir des composites dans l'aérospatial devient quelque peu plus clair. Malgré l'absence d'annonces formelles concernant les remplaçants des monocouloirs phares de Boeing et Airbus, il est évident que beaucoup de recherche aérospatiale est concentrée sur la livraison de technologies pour fabriquer, usiner, inspecter et assembler de grandes structures composites avancées à des cadences plus élevées. C'est une chose de livrer 100 à 140 gros-porteurs par an, mais une tout autre de construire 700 à 900 monocouloirs annuellement avec des structures primaires en composites. Quand on considère les marchés adjacents dans les véhicules aériens sans pilote (UAV) et la mobilité aérienne urbaine (UAM) comme les taxis volants, les volumes sont probablement dans les milliers par an. Bien qu'il y ait un intérêt considérable pour les thermoplastiques, les grandes structures pour avions de passagers resteront très probablement en thermodurcissables (préimprégnés infusés sous vide ou durcissement hors autoclave), avec les thermoplastiques dans les clips, supports, longerons et autres composants plus petits. Pour les marchés UAV et UAM, attendez-vous à ce que l'industrie considère les thermoplastiques et incorpore aussi les technologies développées pour l'automobile, comme le moulage par transfert de résine haute pression (HP-RTM), la pultrusion et le moulage par compression.

Le monde automobile, d'autre part, montre une incertitude considérable. Il y a encore un fort intérêt pour la fibre de carbone, mais sa valeur doit maintenant être considérée à la lumière d'autres forces motrices — électrification, mobilité et autonomie — pas seulement l'allègement pour l'allègement. Au cours des 10 dernières années, les temps de cycle et le coût des composites à fibre de carbone ont été réduits de 50 % ou plus, mais ont encore du chemin à faire. La fibre de carbone discontinue, soit recyclée, soit issue de précurseurs/procédés à moindre coût, trouvera sa place comme renfort pour composés de moulage par compression ou injection, où l'automatisation est élevée et les taux de rebut faibles. Bien que BMW ait récemment annoncé qu'il continuera à construire la i3 jusqu'en 2024, l'industrie automobile allemande dans son ensemble recule face aux nouvelles applications pour 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 de pièces finies à moins de 18 € par kilogramme (environ 10 $ par livre). Les solutions intermédiaires possibles incluent des structures en fibre de verre continue ou hybrides verre/carbone, ainsi qu'un développement accru de composants hybrides surmoulés.

Que nous réserveront les 10 prochaines années pour les composites ? Pour ce qui vole, l'avenir semble radieux. Mais pour les véhicules au sol, nous avons encore besoin de quelques percées.