Projet CS05 - Les agrocomposites dans l'automobile

A. BOUGAULT / G. DELACROIX/ D. PAPAZARCADAS
LES AGROS COMPOSITES DANS
L'AUTOMOBILE : ÉTUDE D'UNE
PLANCHE DE BORD
Alexis BOUGAULT CS05
Gabriel DELACROIX
Dimitri PAPAZARCADAS P16

Alexis BOUGAULT – Gabriel DELACROIX – Dimitri PAPAZARCADAS 1
Table des matières
TABLE DES MATIERES---------------------------------------------------------------------------------------- 1
INTRODUCTION ------------------------------------------------------------------------------------------------ 3
1. ÉTAT DE L’ART-------------------------------------------------------------------------------------------- 4
1.1 LES AGRO-COMPOSITES----------------------------------------------------------------------------------4
1.1.1 Généralités ---------------------------------------------------------------------------------------4
1.1.2 Enjeux---------------------------------------------------------------------------------------------4
1.1.3 Les fibres naturelles-----------------------------------------------------------------------------4
1.1.4 Les bio-polymères -------------------------------------------------------------------------------6
1.1.5 Secteurs d’applications et exemples ----------------------------------------------------------6
1.2 LE SECTEUR AUTOMOBILE-------------------------------------------------------------------------------7
1.2.1 Les agro-composites dans l’automobile------------------------------------------------------7
1.2.2 Pièce constitutive : la planche de bord -------------------------------------------------------8
2 CAHIERDES CHARGES ---------------------------------------------------------------------------------- 9
2.1 LE SECTEUR AUTOMOBILE-------------------------------------------------------------------------------9
2.2 LA PLANCHE DE BORD -----------------------------------------------------------------------------------9
2.2.1 Expression dubesoin-------------------------------------------------------------------------- 10
2.2.2 Diagramme fonctionnel ----------------------------------------------------------------------10
2.2.3 Cahier des charges fonctionnel-------------------------------------------------------------- 12
3 CHOIX DES MATERIAUX-------------------------------------------------------------------------------13
3.1 ÉTUDE DES PROPRIETES DESIREES POUR LES MATERIAUX EXISTANTS -------------------------------13
3.2 DETERMINATION DES INDICES DE PERFORMANCE----------------------------------------------------14
3.3 SELECTION DES MATERIAUX AVEC LE LOGICIEL CES (NIVEAU 2) ------------------------------------14
3.4 PROPRIETES DES AGRO-COMPOSITES -----------------------------------------------------------------16
3.5 COMPARAISON DES PROPRIETES DES MATERIAUX OBTENUS -----------------------------------------17
4 CHOIX DES PROCÉDÉS ---------------------------------------------------------------------------------18
4.1 LE “SHEET MOLDING COMPOUND” (SMC) -----------------------------------------------------------19
4.2 LE “RESIN TRANSFER MOLDING” (RTM) ------------------------------------------------------------20
4.3 LE “REINFORCED REACTION INJECTION MOLDING” (RRIM)----------------------------------------21
4.4 LE MOULAGE PAR INJECTION DE THERMOPLASTIQUE RENFORCE ------------------------------------22
4.5 COMPARAISON DES DIFFERENTS PROCEDES ----------------------------------------------------------23
4.6 ANALYSE DE COUT DE FABRICATION ------------------------------------------------------------------24
4.7 ASSEMBLAGE DE LA PLANCHE DE BORD---------------------------------------------------------------25
5 CYCLE DE FIN DE VIE DU COMPOSANT-------------------------------------------------------------26
5.1 RECYCLAGE MECANIQUE ------------------------------------------------------------------------------26
5.2 RECYCLAGE PAR REMOULAGE -------------------------------------------------------------------------26
5.3 RECYCLAGE PAR VOIE CHIMIQUE----------------------------------------------------------------------26
5.4 CHOIX DU RECYCLAGE ---------------------------------------------------------------------------------26
6 ANALYSE DE COUT GLOBAL --------------------------------------------------------------------------27
6.1 PRIX MATIERES PREMIERES ---------------------------------------------------------------------------27
6.1.1 Prix d’achat des matières premières-------------------------------------------------------- 27
6.1.2 Coût de transport des matières premières------------------------------------------------- 27
6.1.3 Coût de stockage des matières premières-------------------------------------------------- 27
6.2 COUT DE TRANSFORMATION --------------------------------------------------------------------------28
6.2.1 Coût de la main d’œuvre----------------------------------------------------------------------28
6.2.2 Prix machine ----------------------------------------------------------------------------------- 28

6.2.3 Coût de transformation----------------------------------------------------------------------- 28
6.3 OPERATIONS POST-FABRICATION ---------------------------------------------------------------------28
6.3.1 Coût de conditionnement---------------------------------------------------------------------28
6.3.2 Coût de stockage post-fabrication---------------------------------------------------------- 28
6.3.3 Coût de transport------------------------------------------------------------------------------ 29
6.4 FRAIS ANNEXES ----------------------------------------------------------------------------------------29
6.4.1 Coût marketing -------------------------------------------------------------------------------- 29
6.4.2 Frais fixes--------------------------------------------------------------------------------------- 29
6.5 BILAN DES COUTS--------------------------------------------------------------------------------------30
7 CONCLUSION ---------------------------------------------------------------------------------------------31
BIBLIOGRAPHIE-----------------------------------------------------------------------------------------------32
ARTICLES D’ENCYCLOPEDIES-----------------------------------------------------------------------------------32
ARTICLES DE MAGAZINES --------------------------------------------------------------------------------------32
PRESENTATION-------------------------------------------------------------------------------------------------32
SITES INTERNET ------------------------------------------------------------------------------------------------32
THESES ---------------------------------------------------------------------------------------------------------33
TABLE DES FIGURES------------------------------------------------------------------------------------------34
TABLE DES TABLEAUX---------------------------------------------------------------------------------------35
ANNEXES --------------------------------------------------------------------------------------------------------36
ANNEXE 1 : REDUCTION DES EMISSIONS CO2DANS LE SECTEUR AUTOMOBILE------------------------------36
1. Contraintes------------------------------------------------------------------------------------------------------------------43
2. Premier indice de performance (Ip1 = E(CO2)ρ)---------------------------------------------------------------------44
3. Deuxième indice de performance (Ip2 = Cmρ)-----------------------------------------------------------------------45
4. Troisième indice de performance (𝐼𝑝3=E1/3𝜌) --------------------------------------------------------------------46
5. Quatrième indice de performance (Ip4 = EK) ----------------------------------------------------------------------47
6. Sélection finale de matériaux après l’introduction de la notion de recyclabilité ------------------------------48

Introduction
Le secteur automobile est en constante innovation et se présente comme l’un des secteurs les
plus actifs. Cependant, les inconvénients qu’il génère notamment en terme de pollution le place
désormais dans un tournant de son évolution. La course à l’allègement a petit à petit remplacée le
suréquipement et la performance ; les mesures concernant les émissions de polluants se faisant de plus
en plus sévères. L’allègement du véhicule est l’un des principaux leviers pour réduire la
consommation d’un véhicule ainsi que son niveau d’émission de CO2.
Les voitures – essentiellement métalliques – ont évoluées avec l’apparition des matériaux
synthétiques et notamment des plastiques. Ces derniers étant plus légers, plus simple de mise en œuvre
et surtout plus économiques. Cependant, l’utilisation des plastiques est limitée par leurs propriétés
mécaniques qui sont bien inférieures aux matériaux métalliques. Afin de pallier cela, la recherche s’est
orientée vers un mélange de ces grandes familles de matériaux, appelés « composites ». L’association
de fibres et d’une matrice thermoplastique ou thermodurcissable confère des propriétés mécaniques et
physiques nettement supérieures aux matériaux plastiques seuls.
Les matériaux composites se sont développés avec 3 types de renforts majeurs : les fibres de
carbone, de verre et d’aramide. Ces matériaux possèdent des propriétés de très haute performance
technique et sont relativement simple à mettre en œuvre. En revanche, leur nature synthétique et leur
coût élevé posent la question d’une possible alternative à ces composites. Ainsi, les matériaux dits
« bio-sourcés » renforcés à partir de fibres naturelles telles que le chanvre, le coton ou le lin émergent
peu à peu.
Les agro-composites sont issus de l’assemblage de fibres naturelles – animales ou végétales –
et d’une matrice pouvant être un bio-polymère. Ces derniers possèdent des propriétés mécaniques
certes moins bonnes que les autres composites mais ils ont l’avantage d’être plus légers, plus
économiques et naturels.
Cette étude a pour but l’analyse du coût économique et écologique de la fabrication d’une
planche de bord de voiture en agro-composites au regard des propriétés requises par le secteur de
l’automobile et des attentes en terme de gain de masse/surcoût admissible. Une analyse du cycle de fin
de vie est également détaillée dans cette partie étant donné les nouvelles règlementations qui imposent
un taux de recyclage proche des 95%.

1.État de l’art
1.1 Les agro-composites
1.1.1 Généralités
Par définition, les matériaux composites sont des matériaux constitués d’un renfort et d’une
matrice. Ils diffèrent des autres produits plastiques synthétiques et permettent de se substituer au métal
grâce à leur légèreté et leurs propriétés inaltérables. Le marché des composites est en perpétuelle
augmentation notamment dans les secteurs du sport, de l’automobile ou encore du médical.
Depuis plusieurs années, les centres de recherche et les laboratoires réalisent des travaux de
manière à intégrer des matériaux d’origine végétale aux plastiques. Ces recherches ont pour but la
préservation de l’environnement tout en limitant l’extraction de ressources non renouvelables.
L’innovation porte non seulement sur l’incorporation de fibres végétales mais également sur la mise
au point de matrices bio-sourcées : les bio-polymères. Les agro-composites pourrait ainsi voir leur
utilisation croître jusqu’à 7300% à l’horizon 2030 selon l’Agence de l’Environnement et de la
Maîtrise de l’Energie (ADEME). [ADE16].
1.1.2 Enjeux
Généralement, l’utilisation de matériaux bio-sourcés se justifie de plusieurs façons :
- Valoriser une ressource locale dans des pays faiblement industrialisés
- Réduire l’impact sur l’environnement en développant des matériaux qui se recyclent
naturellement sur terre. Il est ainsi envisagé de remplacer les fibres actuellement utilisées
par des fibres naturelles non seulement pour des raisons économiques mais également
pour le côté écologique des matières renouvelables.
Les matériaux renforcés par des fibres naturelles sont pour le moment en développement, leurs
applications sont encore limitées mais elles sont amenées à prendre une place très importante dans le
futur notamment dans le domaine de la construction. [OLI12]
1.1.3 Les fibres naturelles
Les fibres naturelles peuvent être d’origine :
- Animale : laine, soie ;
- Végétale : coton, lin, chanvre, jute, coco, bois, sisal, kénaf ;
- Minérale : amiante ;

Figure 1 : Illustrations de plantes servant à la production de fibres naturelles
Les renforts les plus utilisés sont ceux issus du bois, du lin et du chanvre.
Les fibres naturelles renouvelables (animales et végétales) sont initialement biodégradables et
sont neutres vis-à-vis des émissions de CO2.
Le choix des fibres provenant d’un milieu naturel et présentant des performances mécaniques
intéressantes se fait en tenant compte de :
- leur origine et fonction : les fibres qui présentent des performances mécaniques
possèdent un rôle structurel dans la nature ;
- leur abondance : les fibres doivent être présentes en quantités industrielles afin de
pouvoir envisager les utiliser ;
- leur composition et structure : elles sont souvent complexes et leurs propriétés varient
beaucoup selon les fibres ;
- la connaissance des impacts environnementaux. [BAL13]
Dans le cas d’un renforcement de polymère, les fibres doivent avoir une fonction structurelle
dans la nature. Les fibres végétales provenant des tiges, des feuilles et des fruits ainsi que les
sécrétions animales présentent les propriétés mécaniques les plus intéressantes. Les avantages ainsi
que les inconvénients du renforcement de polymères par fibres naturelles sont détaillés dans le tableau
1:
Tableau 1 : Avantages et inconvénients des fibres naturelles
Avantages Inconvénients
Faible coût Large gamme de prix
Propriétés spécifiques mécaniques élevées
(rigidité et résistance)
Faible résistance thermique (200 à 230°C
maximum)
Bonne isolation thermique et acoustique Absorption de l’eau
Renouvelabilité Biodégradabilité
Biodégradabilité Faible stabilité dimensionnelle
Neutre en CO2 Renfort discontinu
Production peu énergivore Fibres anisotropes
Pas/peu de déchets après incinération Qualité variable : météo, lieu de culture
Non abrasif pour les outillages Culture annuelle : nécessité de gérer les stocks
Pas d’irritation cutanée lors de l’utilisation Faible recul : tenue en fatigue…

Les fibres naturelles présentent une large gamme d’avantages mais se révèlent aussi avoir des
inconvénients notamment au niveau du faible niveau de connaissance et du faible recul à leur sujet.
1.1.4 Les bio-polymères
Les bio-polymères sont par définition biodégradables et/ou d’origine naturelle. Le but étant de
remplacer les thermoplastiques de grande diffusion dans un souci de recyclabilité et de gestion de la
fin de vie des déchets. Les catégories de bio-polymères sont les suivantes :
- Polymères issus des plantes : amidon, cellulose, lignine ;
- Polymères obtenus par polymérisation d’éléments naturels : polymères polylactiques ;
- Polymères micro-biens : sécrétés par des micro-organismes après fermentation de matières
premières naturelles ;
- Polymères synthétiques biodégradables.
La température lors de la mise en forme de ces bio-composites ne doit pas dépasser les 220°C
afin de ne pas dégrader la cellulose ainsi que les fibres. [FLO13]
1.1.5 Secteurs d’applications et exemples
Les agro-composites sont actuellement utilisés dans les secteurs :
- Du transport : essentiellement pour les constituants intérieurs
- Du sport : raquettes de tennis, skis, planches de surf (voir figure 2)
- Du nautisme : coques de voiliers, pièces d’accastillage
- Du bâtiment : profilés de fenêtres,dalles
- De la signalétique et du mobilier urbain : poubelles, bancs
Figure 2 : Planches de surf Kairos en biocomposites
Autant de secteurs d’activités en développement qui promettent une forte croissance dans les
années à venir. [JOU12]

1.2 Le secteur automobile
1.2.1 Les agro-compositesdans l’automobile
Le secteur de l’automobile est en pleine mutation ; face aux réglementations sur les objectifs
environnementaux de plus en plus fortes, les constructeurs durcissent leur cahier des charges destinés
aux équipementiers.
Afin de réduire les émissions de CO2 et diminuer l’impact environnemental, les matériaux
doivent être toujours plus légers et recyclables (cf. Annexe 1). Les agro-composites permettent – pour
des pièces intérieures – de répondre à ces cahiers des charges.
Actuellement, les pièces produites ou en cours de développement incluent :
- Passages de roues
- Garniture latérale de coffre
- Coque arrière de siège avant
- Tablette arrière
- Planche de bord
- Médaillon de portière (voir figure 3)
- Platine de rétroviseur
- Coiffe bouchon de dégazage
- Coulisses et lécheurs
Figure 3 : Panneau de portière réalisé en agro-composites
Les constructeurs se concentrent sur des économies d’énergie aussi bien lors de la fabrication
des pièces que lors du fonctionnement de la voiture. Les agro-composites ouvrent la nouvelle
perspective d’utilisation de ces matériaux pour la carrosserie avec un gain important de masse et une
bonne absorption des vibrations.

1.2.2 Pièce constitutive : la planche de bord
La planche de bord est une pièce d’aspect intégrée dans les véhicules automobiles comme
présentée sur la figure 4.
Figure 4 : Schéma d'ensemble de la planche de bord de la Peugeot RCZ Racing Cup [PEU16]
Elle a pour but de cacher les différents composants électroniques et mécaniques reliés au
tableau de bord et aux éléments situés sous le capot. Si la fonction esthétique de cette pièce est
certaine d’un point de vue aspect, toucher, design ou encore coloris, elle participe également à
l’absorption des vibrations.
[Attirez l’attention du lecteur avec
une citation du document ou utilisez
cet espace pour mettre en valeur un
point clé. Pour placer cette zone de
texte n’importe où sur la page,
faites-la simplement glisser.]
(1) : Planche de bord
(2) : Monogramme « RCZ »

2 Cahier des charges
2.1 Le secteur automobile
La pièce sélectionnée pour cette étude doit non seulement répondre au cahier des charges
spécifique de cette pièce mais aussi, plus généralement, répondre aux exigences spécifiques du secteur
automobile. La figure 5 liste les principaux enjeux liés au secteur automobile pour les prochaines
années.
Figure 5 : Objectifs futurs du secteur automobile
Il est à noter que le facteur environnemental joue visiblement un rôle majeur, l'objectif étant
de réduire l'impact environnemental en choisissant des procédés et matériaux plus respectueux vis à
vis de l'environnement. Ainsi, le secteur automobile se tourne désormais vers des matériaux "verts"
tels que les agro-composites (matériaux ayants de bonnes performances mécaniques spécifiques).
2.2 La planche de bord
Après avoir identifier les enjeux majeurs du secteur automobile, il est question de définir les
exigences liées au produit.
SECURITE ET ESTHETIQUE
- Performances mécaniques et physiques
(amortissement des chocs, etc.)
- Design
FABRICATION
- Réduction de l'énergie consommée par
véhicule pour la fabrication
EMISSIONS
- Réduction des émissions de CO2 (moteur +
allégement du véhicule + aérodynamisme)
-Réduction des émissions de polluants
IMPACT ENVIRONNEMENTAL
- Recyclabilité (réduire impact des véhicules en
fin de vie)
-Matériau (optimiser utilisation des ressources
naturelles)
C.C. - AUTOMOBILE

2.2.1 Expression du besoin
Le diagramme "Bête à corne" présenté sur la figure 6 est un moyen de formuler le besoin des
consommateurs de manière claire afin de proposer un produit qui sera en adéquation avec ce besoin.
Pour ce faire, il est essentiel de répondre aux 3 questions suivantes :
- A qui le système rend-il service ?
- Sur quoi ou sur qui agit le système ?
- Dans quel but ?
2.2.2 Diagramme fonctionnel
Une fois que le besoin a été exprimé, il faut répondre à ce besoin. La réponse à ce besoin passe
nécessairement par l'identification des fonctions principales du produit mais aussi par l'identification
des contraintes extérieures (en rapport avec le milieu dans lequel le produit évolue). Le diagramme
pieuvre présent en figure 7 retranscrit les fonctions principales et contraintes d'une planche de bord
automobile.
Conducteur
Indicateurs et
accessoires
Planche de bord
Camouflage des
composants électroniques
du tableau de bord
Figure 6 : Bête à corne - planche de bord automobile

Voici la liste des fonctions identifiées :
 Fonctions principales :
 FP1 : La planche de bord sert à camoufler les composants électroniques du tableau de
bord.
 FP2 : La pièce doit permettre le maintien en position des différents composants
électroniques du tableau de bord (indicateurs de vitesse, airbag, système de climatisation,
etc.).
 FP3 : La planche de bord doit avoir un design qui plaît à l'utilisateur.
 FP4 : La planche de bord doit présenter un aspect de surface agréable (visuel, toucher).
 Fonctions contraintes :
 FC1 : La planche de bord doit pouvoir résister à l'environnement (insonorisation,
résistance aux vibrations, etc.),car il s'agit d'une pièce qui se situe à proximité du moteur.
 FC2 : La planche de bord doit être légère.
 FC3 : La pièce doit respecter une durée de vie minimum.
 FC4 : La pièce doit respecter les normes de recyclabilité.
 FC5 : La pièce doit respecter les normes de qualité du secteur automobile.
 FC6 : La pièce doit respecter le budget fixé (surcout admissible inclus).
FC1
FC2
FC3
FC4FC5
FC6
FP2 FP1
FP3
FP4
Maintien des composants
du tableau de bord
Planche de bord
Camouflage des
composants
Environnement
Densité
Durée de vie
Recyclabilité
Normes
Coût
Design
Aspect de surface
Utilisateur
Figure 7 : Diagrammepieuvre - planche de bord automobile

2.2.3 Cahier des charges fonctionnel
Afin de répondre au mieux au besoin des consommateurs et dans le but de proposer un produit
qui correspond bien à leurs attentes,il est nécessaire définir pour chaque fonction :
 Un critère qui permet d'évaluer la fonction
 Un niveau qui permet de quantifier l'exigence liée à chaque fonction
 Un degré de flexibilité (allant de 0 à 2 dans ce cas ; avec 0 = non négociable et 2 = négociable)
qui permet de mesurer l'importance d'un niveau d'exigence
Ces exigences sont résumées dans le tableau 2 :
Tableau 2 : Cahier des charges fonctionnelles
Fonction Critère Niveau Flexibilité
Camouflage des
composants
Opacité 100 % F0
Design Esthétisme Pièces courbées F0
Résistance à des produits
chimiques nettoyants
Résistance à des produits
chimiques nettoyants ?
Acceptable / Excellente F0
Résistance aux UV Résistance aux UV Acceptable / Excellente F0
Densité Masse - 30 % en masse F0
Normes Pourcentage de conformité 100% F0
Aspect de surface
Couleur / Aspect visuel
Colorable (couleur
neutre)
F0
État de surface Classe A F0
Cadence de production Nombre de pièces/j > 600 pièces/j F0
Coût (Prix = Revient + MP
+ Fabrication?)
Prix (€) Faible coût F1
Durée de vie Temps (années) > 15 ans F1
Recyclabilité Recyclable Oui F1
Maintien des composants
en position
Résistance aux vibrations Bonne F2
Ténacité Grande ténacité F2
Rigidité Grande rigidité F2
Propriétés thermiques
Température minimale
d’utilisation
-40°C F2
Température maximale
d’utilisation
130°C F2
F0 : aucune flexibilité ; F1 : flexibilité acceptable ; F2 : grande flexibilité

3 Choix des matériaux
Dans le cas présent, les bases de données de matériaux ne comportent pas encore de matériaux
agro-composites étant donné que les données sont insuffisantes pour certaines propriétés. Le choix des
matériaux doit donc se faire sous un angle différent. Il faut ici réaliser le choix des matériaux à l’aide
du logiciel CES puis comparer les résultats obtenus avec les matériaux agro-composites utilisés dans
l’industrie. Il est également possible de « créer » un matériau dans le logiciel afin de le comparer
directement avec les matériaux existants. Le niveau ici utilisé est le niveau 2 du logiciel CES.
3.1 Étude des propriétés désirées pour les matériaux existants
Certaines fonctions seront appliquées comme contraintes (ou limites) dans le but d'éliminer les
matériaux les moins performants pour la conception de la planche de bord automobile. Les limites
imposées sur le logiciel CES sont ici détaillées dans le tableau 3 :
Tableau 3 : Limites imposées au matériau créé et utilisées lors du choix des matériaux sur CES
Contraintes Critère Niveau d'exigence Priorité
Esthétisme Transparence Opaque 3
Allègement Masse volumique < 2 000 𝑘𝑔/𝑚3 3
Facilité de mise en
oeuvre
Moulabilité 5 3
Résistance aux
produits d'entretien
Résistance aux
produits d'entretien
Acceptable / Excellente 2
Température
d'utilisation maximale
Température
d'utilisation maximale
Au moins 130 °C 2
Température
d'utilisation minimale
Température
d'utilisation minimale
Au moins -40 °C 2
Recyclabilité Recyclabilité Recyclable 2
Priorité : 3 : fort poids ; 1 : faible poids
Dans le cas présent d’une pièce d’aspect, les limites imposées ici sont plus importantes que les
propriétés mécaniques.
Parmi ces fonctions contraintes, certaines vont dépendre de la mise en forme comme la
rugosité ou l’état de surface (Classe A). Quant à la résistance aux UV, elle sera le fruit de traitements
de surface ou d’ajout d’additifs lors de la fabrication. Ces propriétés seront prises en compte dans la
partie 4. Choix du Procédé.
Ainsi, une fois les limites fixées, il faut ensuite déterminer les indices de performance permettant de
perfectionner la sélection des matériaux les plus en adéquation avec les attentes du secteur.

3.2 Détermination des indices de performance
Les indices de performance ont été calculés en Annexe 2. Les résultats obtenus sont détaillés
dans le tableau 4 :
Tableau 4 : Détermination des indices de performance pour la réalisation d'une planche de bord
N ° Objectifs Indice de performance Priorité
1 Planche de bord légère et bon marché 𝐼𝑝1 = 𝐶 𝑚 𝜌 3
2 Planche de bord éco-responsable 𝐼𝑝2 = 𝐸𝑐𝑜2 𝜌 3
3
Planche de bord rigide pour éviter les
vibrations 𝐼𝑝3 =
𝐸1/3
𝜌
2
4
Grande ténacité pour résister aux
efforts de fixation 𝐼𝑝4 =
𝐸
𝐾
1
Priorité : 3 : fort poids ; 1 : faible poids
Ces indices de performances calculés en Annexe 2 sont intégrés dans le logiciel CES selon leur
ordre de priorité, afin de sélectionner les matériaux les plus performants pour la planche de bord.
Bien que le logiciel ne comporte pas d’agro-matériaux, cette sélection permettra par la suite de
comparer les propriétés des matériaux obtenus avec les propriétés des agro-composites à disposition.
3.3 Sélection des matériaux avec le logiciel CES (niveau 2)
En prenant en considération les fonctions contraintes (qui seront intégrés en tant que limites
dans le logiciel CES) et les indices de performances calculés pour la planche de bord, nous allons
isoler les meilleurs candidats. Pour ce faire, les étapes réalisées sont résumées dans la figure 8 :

Figure 8 : Schéma de sélection des matériaux avec le logiciel CES
En imposant les limites citées précédemment, 76 matériaux sont immédiatement « éliminés »,
les matériaux restant étant essentiellement des polymères, élastomères, matériaux naturels et mousses
polymériques (cf Annexe 3. 1).
Ensuite, les indices de performance viennent consécutivement affiner le choix des matériaux
selon l’importance qui leur est accordé. La succession des indices de performance permet de réduire la
liste à 16 matériaux. La sélection est présentée en Annexe 3. 2-5.
Enfin en intégrant la recyclabilité des matériaux dans les contraintes, on parvient à isoler 4
matériaux (cf. Annexe 3. 6)
La figure 9 retranscrit les résultats obtenus sur CES.
Figure 9 : Diagramme des étapes suivis et des résultats obtenus sur CES
Fonctions contraintes :
- Opacité
- Masse volumique
- Moulabilité
- Résistance aux produits
d'entretien
- Température d'utilisation
Indices de
performances :
- Ip1
- Ip2
- Ip3
- Ip4
Recyclabilité
Fonctionscontraintes :
- 26 matériaux restants : Bois, Caoutchoucs,
Mousses polymériques, Polymères
Ip1 + Ip2 + Ip3 + Ip4
- 13 matériaux restants : Bois, Mousses
polymériques, Polymères
Recyclabilité:
- 4 matériaux restants : ABS, PE, PP, tpPVC

Parmi les 4 matériaux restant se trouve l’ABS, ce dernier un matériau régulièrement utilisé
pour la réalisation de planches de bord. Les résultats obtenus semblent donc cohérents d’autant plus
que les autres matériaux sont des polymères, matériaux largement répandus dans le secteur
automobile.
3.4 Propriétés des agro-composites
Les propriétés générales des fibres naturelles sont décrites dans le tableau 5 :
Tableau 5 : Caractéristiques des différents types de renforts
Fibres Lin Chanvre Coton Jute
Carbone (Toray
T300)
Verre
(filament vierge)
ρ 1,4 – 1,5 1,4 – 1,5 1,5 – 1,6 1,4 – 1,5 1,7 – 1,9 2,5 – 2,6
E 12 - 85 24 – 90 5 – 13 25 – 27 200 – 250 72 – 73
𝝈 𝒎 700 – 2000 340 – 900 280 – 590 390 – 800 3200 - 3800 2000 – 2400
𝑪 𝒎 3 – 3,5 3 – 3,5 3 – 3,5 3 – 3,5 22 – 27 2 - 5
Les propriétés générales décrites ici permettent de dégager deux matériaux principaux
possédant la meilleure rigidité : le lin et le chanvre. C’est en effet pour ces deux renforts que le module
d’Young se rapproche le plus de celui des fibres de verre ou de carbone. En revanche, on observe que
la densité est bien plus faible pour le lin et le chanvre comparé au verre ce qui est, pour cette
application, très intéressant.
L’industrie automobile vient confirmer les résultats obtenus : en effet, les renforts utilisés dans
ce secteur sont essentiellement des fibres de chanvre et/ou de lin.
Dans la suite de cette étude, plusieurs matériaux seront « créés » via des données recueillies
pour des matériaux renforcés avec du lin et/ou du chanvre et pour lesquels les propriétés sont connues
(cf tableau 6). Les matériaux créés sur le logiciel CES seront ensuite comparés selon les limites et les
propriétés imposées avec les matériaux déjà présents sur le logiciel. [FLO13]
Tableau 6 : Caractéristiques principales des agro-composites sélectionnés
Caractéristiques Lin / époxy
(50/50)
Chanvre / PP
(30/70)
Chanvre / PP
(40/60)
Lin / PP
(30/70)
ρ 1,35 1,07 1,12 1,07
E 24 3,5 4,2 5
𝝈 𝒎 325 38 36 29
𝑪 𝒎 3,5 – 3,7 2,0 – 2,2 2,2 – 2,4 2,0 – 2,2
Ces valeurs sont exprimées en pourcentages massiques.
Les deux matrices présentées ici sont utilisées actuellement pour les agro-composites. Aucun
de ces composites n’a pour vocation la haute performance, c’est uniquement dans un but de grande
distribution.
Le problème majeur du composite époxy/lin est que la matrice époxyde est une matrice
thermodurcissable ; elle n’est donc pas recyclable. Les autres composites ont des propriétés
mécaniques semblables (d’autant que dans le cas présent d’une pièce d’aspect). Le renfort de chanvre
à 40% présente un coût un peu plus élevé en raison du prix des fibres de chanvre comparé à celui du
PP.
Le constructeur Faurecia fabrique ses planches de bord avec un agro-composite de type Chanvre/PP
(30/70). C’est ce matériau qui sera considéré pour la suite de l’étude.

3.5 Comparaison des propriétés des matériaux obtenus
Les résultats obtenus avec le logiciel CES et les matériaux trouvés dans l’industrie sont
comparés dans le tableau 7 :
Tableau 7 : Comparaison des matériaux sélectionnés
Caractéristiques ABS tpPVC PP PE Chanvre / PP
Empreinte CO2
(production
primaire)
3,84 2,50 3,12 2,78 2,18
ρ 1,1 1,4 0,9 1,0 1,07
E 2,0 3,1 1,2 0,8 3,5
𝝈 𝒎 41 53 35 33 38
𝑪 𝒎 2,4 1,2 1,6 1,5 2,1
La production de fibres de chanvre étant considérée comme neutre en émission de CO2 (la
plante absorbe autant de CO2 qu’il en est dégagé pour la production), l’empreinte CO2 de production
primaire de l’agro-composite est ainsi estimée aux alentours de 2,2 kg/kg. Ce ratio est le plus faible
pour les différents matériaux considérés.
L’observation des caractéristiques des matrices permet de mettre en valeur le choix de la
matrice pour ce type de pièce d’aspect. En effet, le PP possède la masse volumique la plus faible de
ces 4 matériaux et de meilleures propriétés mécaniques que le PE qui se rapproche le plus du PP. Le
choix de l’allègement est ainsi bien justifié par le choix de matériau réalisé par l’entreprise Faurecia
qui utilise majoritairement des matrices polypropylènes.
Le renfort permet ainsi d’augmenter les caractéristiques mécaniques et de réduire l’empreinte
CO2 de production primaire tout en conservant une masse volumique relativement faible. L’agro-
composite possède ainsi de meilleures propriétés spécifiques.

4 Choix des procédés
Pour les agro-composites, il existe déjà de nombreux procédés, manuels ou mécanisés. Dans le
cas présent, la production en moyenne voire grande série tend à utiliser exclusivement des procédés
mécanisés.
Parmi les procédés mécanisés, tous ne correspondent pas à la mise en forme de cette pièce : il
existe des contraintes de forme, de taille, de finition, de poids, et toujours de vitesse de production.
La planche de bord est une pièce d’aspect, qui doit être de qualité de finition de classe A. De
plus, on recherche un procédé ayant la possibilité d’intégrer un grand pourcentage de fibres dans le
composite.
Les recherches documentaires ont permis de sélectionner 4 procédés intéressants pour la mise
en forme de cette planche de bord an agro-composites :
 Le Sheet Molding Compound (SMC)
 Le Resin Transfer Molding (RTM)
 La Reinforced Reaction Injection Molding (RRIM)
 Le Moulage par Injection de Thermoplastique Renforcé
Ces différents procédés sont détaillés dans les parties suivantes.
40 cm
130 cm
0,5 cm
Figure 10 : Modélisation schématique de la planche de bord considérée

4.1 Le “Sheet Molding Compound” (SMC)
Le SMC (ou moulage par compression) est un semi-produit thermodurcissable en feuille,
constitué de nappe de fils coupés ou continus (mats ou rovings), imprégnés entre pellicules par une
résine polyester chargée.
Le produit vient se placer dans un moule dont la taille peut être importante et la forme
complexe. La feuille est ensuite soumise à une pression entre 50 et 100 bars et une température entre
140 et 160°C. Le principe de fonctionnement est détaillé dans la figure 11.
Dans le cas de fabrication en grande série, l’utilisation de moule en acier peut permettre des
pressions et des températures de chauffe plus élevées, et donc un temps de cycle plus court, mais elle
ne permet pas de travailler avec des matériaux organiques.
Le temps de cycle varie de 1 à 5 minutes suivant la taille et l’épaisseur du produit, ce qui
permet une cadence de production assez élevée pour des séries moyennes (suffisant dans ce cas).
L’investissement reste coûteux (jusqu’à 150 000€ pour des pièces complexes) mais en
contrepartie le procédé offre de nombreux avantages cités (tableau 8).
Tableau 8 : Avantages et inconvénients du procédé SMC
Surface finie lisse Utilisation de thermodurcissables
Faible part de main d’œuvre Investissement élevé
Cadence de production élevée Nécessite des finitions
Coûts de finition faibles
Pièce d’assez grande dimension
Forme complexe
Bonne reproductibilité
Figure 11 : Principe de fonctionnement du SMC

4.2 Le “Resin Transfer Molding” (RTM)
Le moulage par injection de résine liquide (RTM) est un procédé semi-automatisé qui
s’effectue à l’aide d’un moule et d’un contre-moule rigides.
Les renforts, sous forme de mats, tissus ou préformes, sont placés dans l’entrefer du moule qui
est ensuite fermé. La résine catalysée et de faible viscosité est injectée à l’intérieur à une faible
pression entre 1,5 et 4 bars, déplaçant l’air dans le moule jusqu’à que ce dernier soit totalement rempli.
Le moule est ensuite chauffé pour durcir la résine.
Figure 12 : Principe de fonctionnement du procédé RTM
Ce procédé permet une production en moyenne série (environ 200 à 10 000 pièces par an),
pour des pièces de grandes tailles et d’épaisseur suffisante. L’investissement machine est quant à lui
modéré. Les pièces sont exemptes de bulle d’air de par l’injection (contrairement à la compression).
Les caractéristiques principales de ce procédé sont détaillées dans le tableau 9.
Tableau 9 : Avantages et inconvénients du procédé SMC
Surface finie lisse Forme moyennement complexe
Pièces de grandes dimensions Caractéristique mécanique moyenne
Reproductibilité Finition post moulage (gel coat)
Faible part de main d’œuvre Cadence de production moyenne
Investissement modéré
Utilisation de thermoplastiques

4.3 Le “Reinforced Reaction Injection Molding” (RRIM)
Le RRIM consiste en l’injection de deux produits réactifs dans un moule fermé. Les deux
composants liquidés mélangés réagissent entre eux et durcissent (voir figure 13).
Différentes matières peuvent être mises en jeu tel que les polyuréthannes, les époxydes ou les
polyamides. Les plus répandus restent les polyuréthanes. Les fibres sont placées dans le moule avant
injection. Ce procédé est très proche du RTM.
Figure 13 : Principe de fonctionnement du procédé RRIM
Des pièces de grandes tailles peuvent être mises en œuvre, avec une surface lisse et une
finition excellente, utilisable pour des matériaux de classe A. L’investissement est assez élevé (jusqu’à
260 000 euros) mais présente les caractéristiques suivantes (cf. tableau 10) :
Tableau 10 : Avantages et inconvénients du procédé RRIM
Surface lisse finie Utilisation de thermodurcissables
Finition classe A Investissement élevé
Résistance aux impacts Vitesse de production faible
Résistance à la chaleur
Pièce de grande taille

4.4 Le moulage par injection de thermoplastique renforcé
Ce procédé comprend trois étapes principales. D’abord, le polymère fondu est injecté sous
haute pression dans un moule en acier froid. Ensuite, le polymère se solidifie sous pression (phase de
compactage) par injection de matière plastique afin de combler le retrait du plastique dans le moule.
Pour finir la pièce est éjectée. Différents types de machines de moulage par injection existent, mais le
plus couramment utilisée aujourd'hui est la machine à vis à mouvement alternatif. Le principe de
fonctionnement est détaillé dans la figure 14.
L’investissement est très élevé, jusqu’à 650 000 euros pour des pièces complexes et de gros
volume, moins dans le cas de pièce plus simples comme une planche de bord. Cependant le temps de
cycle est très court, il est estimé autour de la minute pour une planche de bord renforcée en fibres
naturelles.
Ce procédé ne peut utiliser que des fibres sous forme de granulés (additionnés avec une
matrice polymère) : les caractéristiques mécaniques sont donc réduites. Cependant il est possible de
renforcer la matrice jusqu’à 70% de fibres. Les caractéristiques principales de ce procédé sont
détaillées dans le tableau 11.
Tableau 11 : Avantages et inconvénients du procédé de moulage par injection de thermoplastiques
Pièces de grandes dimensions Investissement élevé
Bonne cadence de production Caractéristiques mécaniques moyennes
Prix par unité relativement faible Nécessite des finitions
Taux de fibre maximal élevé
Figure 14 : Principe de fonctionnement du procédé de moulage par injection de thermoplastiques

4.5 Comparaison des différents procédés
La comparaison des procédés cités auparavant est explicitée dans le tableau 12 :
Tableau 12 : Comparaison des différents procédés de mise en forme
Caractéristiques SMC RTM RRIM Moulage par
injection
Type de cadence Grande série Moyenne série Moyenne série Grande série
Etat de surface Lisse Lisse Lisse Finitions
nécessaires
Investissement Elevé Modéré Elevé Elevé
Coût unitaire Faible Elevé Faible Très faible
Type de polymère Thermodurcissable Thermoplastique Thermodurcissable Thermoplastique
Certains procédés ne peuvent pas être utilisés dans ce cas : ce sont ceux utilisant des
polymères exclusivement thermodurcissables (étant donné les obligations de recyclage) de même que
ceux pour laquelle la production ne peut atteindre plus de 100 000 pièces.
Ainsi, par élimination, il ne reste plus qu’un procédé qui sort du lot : le moulage par injection
de thermoplastiques. Ce dernier à l’avantage de présenter un coût unitaire de production très faible
bien que l’état de surface ne soit pas excellent. Par ailleurs, ce type de procédé est très répandu et les
entreprises peuvent avoir déjà ce type d’installation à disposition : seul le moule diffèrera.
C’est donc ce dernier procédé qui semble correspondre le mieux à la fabrication de planches de bord
en agro-composites. Le procédé moulage par injection est utilisé par Faurecia pour mettre en œuvre
ses planches de bord (cf. Annexe 5).

4.6 Analyse de coût de fabrication
Une analyse de coût pour le procédé a été effectuée (voir figure 15) dans les conditions
suivantes :
 Coût d’opération : 87,6 €/heure (paramètre du logiciel CES) ;
 Coût du matériau (Chanvre / PP (30/70)) : 2,2 €/kg ;
 Facteur de charge : 0,5 ;
 Poids du composant (voir dimensions figure 10) :3,4 kg ;
 Temps pour amortir le capital : 5 ans.
Figure 15 : Analyse de coût pour le matériau et le procédé sélectionnés

Le coût de fabrication par pièce pour une série avoisinant les 100 000 pièces se trouve aux
alentours des 9 €/pièce. Aucune donnée n’a ici permis de comparer avec le coût de fabrication en
industrie.
4.7 Assemblage de la planche de bord
La planche de bord est fixée sur le socle déjà présent par simples clips. Le respect des tolérances
et donc de la mise en œuvre est donc très important sous peine d’avoir un défaut d’assemblage. La
planche de bord vient ainsi s’insérer facilement et doit être aisément démontable en cas de réparation.
Des vis viennent très souvent assurer un meilleur maintien de la pièce avec le reste des composants (cf
figure 4).

5 Cycle de fin de vie du composant
Il existe plusieurs moyens de recycler les agro-composites :
 Recyclage mécanique ;
 Recyclage par remoulage ;
 Recyclage par voie chimique.
L’incinération des matériaux n’est ici pas envisagée étant donné qu’elle donne lieu à des
émissions de CO2.
5.1 Recyclage mécanique
Le recyclage mécanique peut se faire de plusieurs façons : broyage, déchiquetage ou tamisage.
Il est possible de séparer les fibres de la matrice, elles se trouvent partiellement recouvertes de matrice
mais reste exploitables – bien que dégradées – en vue d’une seconde application.
Les composites peuvent par exemple être broyés sous forme de granulés puis réinjectés pour
former de nouvelles pièces. Faurecia utilise ce type de de recyclage pour traiter la fin de vie de ses
pièces. Ils ont mis au point un procédé permettant de bien séparer la matrice des fibres et ainsi de les
réutiliser par la suite.
5.2 Recyclage par remoulage
Ce procédé ne s’applique qu’aux matrices thermoplastiques. L’agro-composite est tout
simplement remoulé afin de former une nouvelle pièce. Cependant il faut faire attention à ne pas
dégrader les fibres naturelles : il ne faut donc pas chauffer au-delà de 200°C pour ne pas dégrader la
cellulose. Ce procédé de recyclage atteint en moyenne 90% de rendement.
Les propriétés peuvent varier au cours du nombre de remoulage, la dispersion des fibres peut
entraîner une augmentation du module de Young et à contrario, une diminution drastique de la
résistance mécanique.
5.3 Recyclage par voie chimique
Ce procédé concerne essentiellement les matrices thermodurcissables étant donné que celles-ci ne
sont pas remoulables. Ces procédés de recyclage ne sont pas encore très répandus.
Parmi ceux-ci figure la solvolyse : un solvant réactif sera additionné au polymère à recycler.
Les liaisons entre la matrice et les fibres se couperont ainsi durant le traitement chimique. Il sera ainsi
possible de récupérer les fibres d’un côté et la matrice thermodurcissable de l’autre. Les matériaux
pourront ainsi être récupérés.
5.4 Choix du recyclage
Deux de ces 3 types de recyclage semblent être exploitables : le recyclage mécanique et le
recyclage par remoulage. Ces procédés permettent de réduire considérablement la part des déchets de
l’industrie automobile.

6 Analyse de coût global
L’analyse de coût réalisée ici raisonne en coût global, c’est-à-dire que les paramètres autres
que ceux strictement liés à la production seront également pris en compte.
6.1 Prix matières premières
Lors de l’achat de matières premières, il ne suffit pas de prendre en compte l’achat pur de
matière, mais bien l’achat global de matière qui comporte le transport mais également le stockage.
L’exemple est ici pris pour le cas de planche de bords réalisés en matériaux composites PP – 30%
chanvre. La production est fixée à 120 000 pièces.
6.1.1 Prix d’achat des matières premières
Dans le cas présent d’un composite à matrice Polypropylène et renforcée à 30% volumique en
fibres de chanvre,le coût matière est estimé à 2,2€/kg, la masse d’une pièce étant fixée à 3,4 kg.
Coût matière première : 7,48€/pièce
6.1.2 Coût de transport des matièrespremières
 Prix d’achat du camion : 140 000€ amorti sur 500 000 km ;
 Trajet réalisé : 300 km à 70 km/h de moyenne ;
 Consommation de carburant : 25L/100 km ;
 Prix du carburant : 1,2€/L ;
 Salaire brut chauffeur : 25€/h ;
 Matière transportée pour 40 000 pièces : 3 trajets nécessaires.
 Amortissement du camion = (140000/500000)*(3*300) = 252 € ;
 Coût du trajet = (25*3*300*1,2) = 27000 € ;
 Salaire du chauffeur = (3*300/70)*25 = 321 € ;
 Coût du transport = 27573 €
Coût du transport/pièce = 0,23€/pièce
6.1.3 Coût de stockage des matières premières
Ici est considéré un bâtiment de 2000 m² comprenant le lieu de stockage, les frais
d’administration ainsi que ceux de la partie production.
Le coût du stockage est ainsi estimé à 0,010€/pièce.

6.2 Coût de transformation
Dans le cas d’une grande série (supérieure à 100 000 pièces) l’efficience considérée est de
0,95.
6.2.1 Coût de la main d’œuvre
Il sera considéré ici un temps de cycle d’une minute pour la fabrication d’une pièce. Un salarié
payé 25€/heure est affecté à la machine.
CoûtMO = (1/60*25) = 0,41€/pièce
6.2.2 Prix machine
La presse à injection coûte ici 300 000 €, le moule étant à la charge du client. Dans le taux
horaire machine sont considérés :
 Les provisions pour amortissement : amortissement sur 120 000 pièces;
 La maintenance : 3€/heure ;
 L’énergie de fonctionnement : 1,5€/heure ;
 Les consommables liés à la fabrication : 0,5€/heure.
CoûtM = (300000/120000 + (3+1,5+0,5)*1/60) = 2,55€/pièce
6.2.3 Coût de transformation
CoûtT = (CoûtMO + CoûtM)/Efficience = (0,41+2,55)/0,95
CoûtT = 3,12€/pièce
6.3 Opérations post-fabrication
6.3.1 Coût de conditionnement
Les planches de bord doivent ensuite être conditionnées et emballées de manière à les protéger
lors du transport de des diverses manipulations de ces dernières.
Coût de conditionnement : 1€/pièce
6.3.2 Coût de stockage post-fabrication
Le but d’une entreprise de fabrication est de travailler au maximum à flux tendu, cependant,
après fabrication, il y a régulièrement un temps de stockage nécessaire. Il sera considéré ici comme
deux fois moins important que pour le stockage des matières premières.
Coût de stockage post-fabrication : 0,005€/pièce

6.3.3 Coût de transport
Le transport dépend des incoterms négociés avec les clients. Le transport sera parfois nul (le
client vient directement chercher les pièces) tandis que la livraison sera à la charge de l’entreprise pour
d’autres.
En considérant qu’une pièce sur deux seulement sera livrée et qu’un chargement peut
transporter 60000 pièces, le prix par pièce est le suivant :
 Trajet réalisé : 500 km à 70 km/h de moyenne ;
 Matière transportée pour 30 000 pièces : 2 trajets nécessaires.
 Amortissement du camion = (140000/500000)*(2*500) = 280 € ;
 Coût du trajet = (25*2*500*1,2) = 30000 € ;
 Salaire du chauffeur = (3*300/70)*25 = 357 € ;
 Coût du transport = 30637 €
Coût du transport/pièce = 0,51€/pièce
6.4 Frais annexes
6.4.1 Coût marketing
La promotion du produit et la prospection des commerciaux fait partie intégrante du coût
global de la pièce.
Coût marketing : 0,09€/pièce
6.4.2 Frais fixes
Les frais fixes sont indépendants de la production, ils concernent les frais de fonctionnement
de l’entreprise, l’énergie minimale de fonctionnement (hors production)…
Frais fixes : 1,2€/pièce

6.5 Bilan des coûts
Le tableau 13 résume l’intégralité des coûts liés à la production d’une planche de bord :
Tableau 13 : Analyse du coût global de fabrication
Coûts (en €) PP - 30 % fibres de chanvre
Matière première 7,48
Transport 0,23
Stockage 0,010
Transformation 3,12
Conditionnement 1
Stockage 0,005
Transport 0,51
Marketing 0,09
Frais fixes 1,2
Total 13,7
Le coût global de la pièce déterminé ici est de 13,7€. Il est bien supérieur au coût trouvé avec
le logiciel CES, ceci provient du fait des hypothèses faites sur l’investissement machine, la main
d’œuvre, l’énergie et la maintenance ainsi que l’ajout de toutes les étapes annexes à la pure fabrication
(transport, marketing…).
Bien qu’aucun comparatif industriel n’ait pu être fourni, ce prix semble abordable étant donné
le type de pièce formé.

7 Conclusion
Ce projet traite dans les grandes lignes la totalité des étapes nécessaires à la réponse à un
besoin exprimé de manière claire et concise à travers un cahier des charges fonctionnel. La réponse à
ce besoin tient compte de plusieurs facteurs tels que : les matériaux, les procédés et les coûts associés.
Pour choisir les meilleures solutions il faut faire en sorte que le besoin des consommateurs soit
satisfait et que la pérennité de l'entreprise soit assurée (marge sur produit suffisante pour garantir
l'autofinancement de l'entreprise idéalement).
Les enjeux environnementaux devenant de plus en plus importants (ex : REACH, émissions
de CO2, etc.), les industriels sont contraints de proposer des pièces davantage respectueuses vis à vis
de l'environnement. L'industrie automobile étant particulièrement touchée par ces réglementations
environnementales, notamment en raison des émissions de CO2 et polluants par les véhicules, elle se
tourne désormais vers des matériaux plus "vert" comme les agro-composites. Ces matériaux présentent
certains avantages tels que : la faible consommation d'énergie lors de leur mise en forme, la
recyclabilité, la légèreté (qui à terme réduit les émissions CO2 des véhicules).
Cette étude montre le réel intérêt de l’utilisation de ces matériaux « verts ». En effet, outre leur
neutralité au niveau des émissions de CO2, ils possèdent de bonnes propriétés spécifiques, peuvent être
obtenus toute l’année à de faibles coûts et sont relativement peu denses. Hormis la favorisation des
cultures agricoles au dépend du pétrole, ils représentent une véritable alternative aux polymères
totalement pétro-sourcés notamment avec l’arrivée des matrices bio-sourcées : PP « vert ».
Les réelles limites de cette étude sont le faible niveau de recul sur ces matériaux (tenue dans le
temps, tenue en fatigue…) et l’absence partielle de données (logiciel CES, littérature). En revanche,
elle montre bien le levier d’action que représente ces nouveaux types de matériaux pour l’industrie
automobile en terme de réduction d’émissions de CO2 et d’allègement.
Par la suite, les voitures seront peut-être majoritairement biosourcées…

Bibliographie
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Toulouse. Disponible à l’adresse : http://ethesis.inp-
toulouse.fr/archive/00001390/01/humbert.pdf

Table des figures
FIGURE 1:ILLUSTRATIONSDE PLANTESSERVANT A LA PRODUCTIONDE FIBRESNATURELLES ------------------------------------ 5
FIGURE 2:PLANCHESDE SURF KAIROSENBIOCOMPOSITES----------------------------------------------------------------------------- 6
FIGURE 3:PANNEAU DE PORTIERE REALISE ENAGRO-COMPOSITES-------------------------------------------------------------------- 7
FIGURE 4:SCHEMA D'ENSEMBLE DE LA PLANCHE DE BORD DE LA PEUGEOT RCZ RACING CUP [PEU16]----------------------- 8
FIGURE 5:OBJECTIFSFUTURSDU SECTEUR AUTOMOBILE ------------------------------------------------------------------------------- 9
FIGURE 6:BETE A CORNE -PLANCHE DE BORD AUTOMOBILE--------------------------------------------------------------------------10
FIGURE 7:DIAGRAMME PIEUVRE -PLANCHE DE BORD AUTOMOBILE -----------------------------------------------------------------11
FIGURE 8:SCHEMA DE SELECTIONDESMATERIAUX AVEC LE LOGICIEL CES ---------------------------------------------------------15
FIGURE 9:DIAGRAMME DESETAPES SUIVISET DESRESULTATSOBTENUSSUR CES ------------------------------------------------15
FIGURE 10:MODELISATIONSCHEMATIQUE DE LA PLANCHE DE BORD CONSIDEREE------------------------------------------------18
FIGURE 11: PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU SMC----------------------------------------------------------------------------------19
FIGURE 12: PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU PROCEDE RTM ---------------------------------------------------------------------20
FIGURE 13: PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU PROCEDE RRIM --------------------------------------------------------------------21
FIGURE 14: PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU PROCEDE DE MOULAGE PAR INJECTIONDE THERMOPLASTIQUES------------22
FIGURE 15:ANALYSE DE COUT POUR LE MATERIAU ET LE PROCEDE SELECTIONNES -----------------------------------------------24

Table des tableaux
TABLEAU 1:AVANTAGESET INCONVENIENTSDESFIBRESNATURELLES....................................................................................5
TABLEAU 2:CAHIER DESCHARGESFONCTIONNELLES..............................................................................................................12
TABLEAU 3:LIMITESIMPOSEESAU MATERIAU CREE ET UTILISEESLORSDU CHOIX DESMATERIAUX SUR CES.......................13
TABLEAU 4:DETERMINATIONDESINDICESDE PERFORMANCE POUR LA REALISATION D'UNE PLANCHE DE BORD.................14
TABLEAU 5:CARACTERISTIQUESDES DIFFERENTSTYPESDE RENFORTS .................................................................................16
TABLEAU 6:CARACTERISTIQUESPRINCIPALESDESAGRO-COMPOSITESSELECTIONNES..........................................................16
TABLEAU 7:COMPARAISONDESMATERIAUX SELECTIONNES...................................................................................................17
TABLEAU 8:AVANTAGESET INCONVENIENTSDU PROCEDE SMC ............................................................................................19
TABLEAU 9:AVANTAGESET INCONVENIENTSDU PROCEDE SMC ............................................................................................20
TABLEAU 10:AVANTAGESET INCONVENIENTSDU PROCEDE RRIM........................................................................................21
TABLEAU 11:AVANTAGESET INCONVENIENTSDU PROCEDE DE MOULAGE PAR INJECTIONDE THERMOPLASTIQUES.............22
TABLEAU 12:COMPARAISONDESDIFFERENTSPROCEDESDE MISE ENFORME........................................................................23
TABLEAU 13:ANALYSE DU COUT GLOBAL DE FABRICATION.....................................................................................................30

Annexes
Annexe 1 : Réduction des émissions CO2 dans le secteur automobile
La réduction des émissions de CO2 est l'un des enjeux principaux du secteur automobile. La
figure ? présente les objectifs de réduction de CO2 pour les années à venir.
Afin de parvenir à ces objectifs, les industriels ont plusieurs leviers. Le tableau ci-dessous résume ces
différents leviers d'action.
Réduction de CO2 Équivalences Réduction - Gain
Efficacité de la chaîne de traction Réduction de 10% de la consommation ≈ Gain
de 13 g de CO2
Masse du véhicule Réduction de 110 kg ≈ Gain de 10 g de CO2
Aérodynamisme Réduction de 5 𝑑𝑚2 SCx ≈ Gain de 2 g de CO2
Résistance au roulement Résistance au roulement - 10% ≈ Gain de 2 g de
C02
 Pièces d'aspect
La tendance automobile est donc à l'allégement du poids des véhicules, notamment pour des
pièces d'aspect qui n'ont aucun intérêt fonctionnel. Pour réduire la masse de ces pièces il existe
plusieurs leviers techniques :
 la réduction de l'épaisseur des pièces
 la sélection d'un matériau avec une faible densité
 la réduction de la surface de la pièce (en conception) ou autrement compactage (Remarque :
un gain de 1 cm représente en moyenne un gain de 1 kg en terme de poids, en fonction de la
zone concernée.)

La figure ? présente la répartition des masses dans un véhicule ainsi que la part de chaque matériau
dans un véhicule.
On voit que la catégorie "In Car Equipment" parmi laquelle figure des pièces telles que la planche de
bord représente une part considérable dans le poids d'un véhicule.
Ainsi, pour réduire les émissions de CO2, les industriels ont recours de plus en plus à des matériaux
polymères et composites, voire agro-composites. La figure ? représente les ambitions du groupe PSA
pour les années à venir.
 Pièces structurales
Concernant les pièces structurales, le gap est plus difficile à franchir car ces pièces sont
sollicitées mécaniquement d'ou la nécessité d'une conception soignée. La figure ? explique les
difficultés liées au passage de pièces structurales en acier à des pièces structurales en composites.

Annexe 2 : Détermination des indices de performance
 Planche de bord rigide pour éviter les vibrations
Contexte : Outre l'aspect esthétique, la planche de bord a pour fonction de maintenir les différents
composants électroniques en position et de minimiser les vibrations des composants du tableau de
bord, dues au phénomène de résonnance.
Modélisation : On assimilera la planche de bord à une plaque rectangulaire qui vibre de façon
sinusoïdale. La puissance P consommée par la planche de bord s'écrit alors comme suit :
𝑷 = 𝑪 𝟏. 𝒎. 𝑨 𝟐
. 𝝎 𝟑
(1)
Avec : 𝐶1 : Une constante qui se rapproche de l'unité lorsque la fréquence de travail est
largement inférieur à la fréquence de résonnance de la planche de bord
𝑚 : La masse de la planche de bord
𝐴 : L'amplitude de vibration
𝜔 : La fréquence de vibration
Objectif : L'objectif est de minimiser les pertes de puissance dues à la vibration de la planche de bord.
Il est à noter que le seul moyen de réduire ces pertes de puissance est de minimiser la masse, étant
donné que l'amplitude de vibration (A) et la fréquence de vibration (ω) sont données par la géométrie
de la pièce.
En assimilant la planche de bord à une plaque rectangulaire, sa masse s'écrit :
𝒎 = 𝑳. 𝒍. 𝒆. 𝝆 (2)
Avec : 𝐿 : La longueur de la planche de bord
𝑙 : La largeur de la planche de bord
𝑒 : L'épaisseur de la planche de bord (variable libre)
𝜌 : La masse volumique du matériau de la planche de bord
Astreintes : La planche de bord doit être suffisamment rigide pour éviter la distorsion qui peut
survenir en raison des efforts de fixation exercés sur les côtés de la planche mais aussi pour réduire la
fréquence propre de vibration de la pièce. En considérant des moments uniformes sur les côtés de la
plaque comme représenté dans la figure ?, et en prenant : 𝑀 𝑦 = 0, le moment 𝑀 𝑥 s'écrit :
𝑴 𝒙 = −
𝑬.𝒆 𝟑
𝟏𝟐.(𝟏−𝝂 𝟐)
. 𝜸 𝒙 (3)

L'épaisseur de la planche de bord (variable libre) s'exprime donc comme suit :
𝒆 = (
𝑭.𝒍.𝟏𝟐.(𝝂 𝟐−𝟏)
𝑬.𝜸 𝒙
) 𝟏/𝟑 (4)
Fonction Maintient descomposants du tableau de bord en
position
Objectif Limiter les vibrations (phénomène de
résonnance)
Astreintes (1) Longueur L et largeurs l spécifiées
(2) Rigide pour éviter la distorsion qui peut
survenir en raison des efforts de fixation
(3) Fréquences propres supérieures aux
fréquences de travail pour éviter le phénomène
de résonnance
Calcul de l'indice de performance :
En substituant l'expression 𝑒 par la relation (4) dans (2), nous obtenons :
𝒎 = (
𝑭
𝜸 𝒙.𝒍
) 𝟏/𝟑.(𝑳. 𝒍 𝟓/𝟑).(
𝝆
𝑬 𝟏/𝟑
) (5)
La masse de la planche de bord et par conséquent la puissance 𝑃 consommée seront minimisés en
choisissant le matériau avec la plus grande valeur de l'indice :
𝑰 𝒑𝟏 =
𝑬 𝟏/𝟑
𝝆
(6)
 Grande ténacité pour résister aux efforts de fixation
Contexte : Le tableau de bord est fixé sur le châssis automobile au niveau des extrémités.
Objectif : La planche de bord ne doit pas se déformer plastiquement. La loi de Hooke donne :
𝝈 = 𝑬. 𝜺 (1)
Avec : 𝜎 : La contrainte de fixation
𝐸 : Le module d'Young du matériau
𝜀 : La déformation
Astreinte : Le matériau qui constitue la planche de bord doit être suffisamment tenace pour pouvoir
résister aux efforts de fixation sur les extrémités de la pièce. On a :
𝑲 𝟏𝒄 = 𝒀.𝝈 𝒄.(𝝅. 𝒂) 𝟏/𝟐 (2)
Avec : 𝐾1𝑐 : Le facteur critique d'intensité de contraintes
Y : Le facteur géométrique dépendant de la forme de la fissure

𝜎𝑐 : La contrainte nécessaire à la propagation des fissures de diamètre 2a
𝑎 : Le demi-diamètre de fissure
Fonction Être fixable sur le châssis automobile
Objectif Pas de déformation plastique
Astreintes (1) Grande ténacité pour résister aux efforts de
fixation
En substituant 𝜎 par (1) dans (2), nous obtenons :
𝜺 =
𝟏
𝒀
.(𝝅. 𝒂)−𝟏/𝟐.(
𝑲
𝑬
) (3)
Pour obtenir le matériau le plus performant, il faut donc maximiser l'indice de performance ci-dessous
:
𝑰 𝒑𝟐 =
𝑬
𝑲
(4)
 Planche de bord légère et bon marché
Contexte : Les objectifs environnementaux de réduction d'émission de C02 par les véhicules peuvent
s'accomplir comme on l'a vu dans la figure ? soit en optimisant le moteur, soit en allégeant le véhicule,
soit en optimisant l'aérodynamisme.
Objectif : Or la planche de bord étant une pièce non moteur et se situant à l'intérieur du véhicule, la
seule façon d'optimiser cette pièce dans l'optique d'obtenir de meilleurs performances d'émission de
C02 est d'alléger la masse de la pièce.
𝒎 = 𝝆. 𝑽 (1)
Astreintes : Le coût est un facteur important à prendre en considération dans le cahier des charges. Le
coût massique s'exprime comme suit :
𝑪 = 𝑪 𝒎. 𝒎 (2)
Fonction -
Objectif Être léger
Astreintes (1) Respecter le budget - Être le plus économique
possible
En substituant 𝑚 par (1) dans (2), nous obtenons :
𝑪 = 𝑪 𝒎. 𝒎 = 𝑪 𝒎. 𝝆. 𝑽 (2)

Le matériau le plus léger et le moins cher sera donc celui avec l'indice de performance 𝐼 𝑝3 le plus
grand.
𝑰 𝒑𝟑 = 𝑪 𝒎. 𝝆 (3)

Annexe 3 : Choix des matériaux avec le logiciel CES
1. Contraintes

2. Premier indice de performance (Ip1 = E(CO2)ρ)

3. Deuxième indice de performance (Ip2 = Cmρ)

4. Troisième indice de performance ( 𝐼𝑝3= 𝑬1/3 𝜌)

5. Quatrième indice de performance (𝑰𝒑 𝟒 =
𝑬
𝑲
)

6. Sélection finale de matériaux après l’introduction de la notion de
recyclabilité

Annexe 4 : Pondération des propriétés - Cahier des charges

Annexe 5 : Principe de fabrication des planches de bord Faurecia

Projet CS05 - Les agrocomposites dans l'automobile

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