ALS - Magazine 6 - Septembre 2017

38 / ALS Mag Pour les applications dans ces secteurs industriels, le carbone sera utilisé sous forme de fibres, tissus et matériaux composites. Les fibres de carbone sont des fibres à hautes caractéristiques mécaniques dont la résistance dépasse celle des meilleurs aciers avec l’avantage d’une densité quatre fois plus faible et d’une très bonne conduction thermique et électrique. Les composites à base de fibres de carbone répondent ainsi à la demande forte de produits légers conduisant à une réduction de la consommation de carburant, une diminution des émissions de gaz à effet de serre, une réduction de la consommation des matières. Les fibres de carbone sont fabriquées à partir de polyacrylonitrile (PAN). Elles sont ensuite tissées pour en faire des tissus de différentes propriétés qui serviront comme renfort pour élaborer des composites à matrice organique ou à matrice céramique. La demande en fibres de carbone devrait dépasser 100 000 tonnes/an en 2020 soit 36 milliards de dollars pour une capacité de production de plus de 170 000 tonnes en 2020. La demande provient à 16 % de l’aéronautique, 62 % des autres secteurs de l’industrie et 22 % du secteur de la consom- mation. Le marché de l’aéronautique civile et militaire demeure l’application la plus importante pour la fibre de carbone. Les composites constitués CONCLUSION Les matériaux carbonés sont certes connus et utilisés par l’homme depuis des siècles mais ils ne cessent d’être source d’innovation. Les exemples cités ci-dessus soulignent à quel point ils jouent un rôle majeur dans des secteurs applicatifs stratégiques comme l’énergie et le transport. Les progrès technologiques restent ainsi intimement liés à notre capacité de produire de nouveaux matériaux ou d’optimiser ceux qui sont déjà sur le marché, de maîtriser des procédés d’élaboration respectueux de l’environnement et de faire progresser les connaissances sur les caractéristiques et les propriétés macroscopiques de ces matériaux. de carbone représentent actuellement plus de la moitié de la structure des avions les plus récents comme l’Airbus 350 et le Boeing 787, y compris les ailes et les fuselages. Et la part de marché des composites va continuer à grossir dans les prochaines années avec l’arrivée de nouveaux modèles comme le Boeing 777X dont les nouvelles ailes de 72 mètres d’envergure constitueront la plus grande pièce jamais fabriquée en composite. Jusqu’à une date récente, les excellentes propriétés des composites à matrice de carbone ne pouvaient être mises à profit que dans des marchés de haute technologie ou des marchés de niche compte-tenu du prix élevé. Des évolutions techniques dans la fabrication des fibres et le développement de nouveaux précurseurs tendent à réduire significativement le prix des fibres et par conséquent favorisent l’ouverture vers de nouveaux marchés parmi lesquels l’automobile. Les prédictions prévoient 2.5 milliards de véhicules dans le monde en 2050. Le défi écologique est important, d’autant plus que la réglementation vise à réduire drastiquement les émissions pour atteindre, en 2020, 0.095 kg par kilomètre parcouru. Atteindre cet objectif nécessite de gagner 200 kg/véhicule à l’horizon 2020, faisant des composites à fibres de carbone un candidat idéal d’allégement. Il est ainsi possible de gagner, respectivement, 50 à 60% et 30% en poids en remplaçant l’acier des véhicules électriques et l’aluminium par des composites à fibres de carbone. Sachant qu’un gain de 10% en masse permet de gagner 7% en consommation, le défi technologique est indéniablement de taille. Une première étape vient d’être franchie avec la sortie de la BMWi. Voiture de tourisme tout électrique à quatre portes avec une cellule passager en composite carbone, elle sera produite à 30 000 unités par an. Il s’agit là d’une étape décisive dans le processus d’introduction durable des composites renforcés de carbone dans l’automobile. Le secteur de l’éolien devrait également être d’ici 2020 à l’origine d’une croissance de plus de 16 % du marché des composites à base de fibres de carbone. Les composites à fibres de carbone ont donc encore un bel avenir devant eux ! Un matériau hautement stratégique pour l’industrie aéronautique, aérospatiale et automobile 1/ http://www.cnrs.fr/cnrsinnovation-lalettre/actus.php?numero=444 2/ RS2E : réseau pour le stockage électrochimique de l’énergie, structure CNRS pilotée par J.M. Tarascon, membre de l’Institut. Véritable fer de lance français dans ce domaine, ce réseau fédère en son sein 17 laboratoires français, 3 centres de transfert de technologies et 13 industriels. Sa dernière histoire à succès : le développement du premier prototype de batterie Na-ion qui a conduit à la création d’une start-up. 3/ http://www.cnrs.fr/inc/communication/direct_labos/vix.htm) . 4/ https://lejournal.cnrs.fr/articles/batterie-sodium-ion-une-revolution-en-marche. 5/ Cf le colloque « Le stockage de l’énergie pour la mobilité contemporaine » organisé par l’ALS à Nancy le 22 mai 2017. 6/ http://www.supercondensateur.com/micro-supercondensateur-sur-puce- electronique-performant-industrialisable 7/ http://www2.cnrs.fr/presse/communique/931.htm Les matériaux issus du carbone