Stratégie Matériaux Automobile pour les années à venir Enjeux et perspectives des nouveaux matériaux le 6 décembre 2013 Louis DAVID
Sommaire Pourquoi alléger? Le contexte réglementaire CO2 L évolution de la masse La situation actuelle Comment alléger? La cible Les leviers Les orientations Solutions véhicule Les acquis: exemples Le coup d après Les challenges La prise en compte de la réparabilité
POURQUOI ALLÉGER?
Éléments de contexte règlementaire mondial Pour réduire les émissions de CO2 Règlement CO2 avec pénalités financières pour le constructeur Fiscalité CO2 avec bonus / malus pour le client Convergence mondiale des objectifs CO2 à moyen terme mais l Europe reste en pointe En 2020 : cibles réglementaires similaires en tenant compte des différences : - de cycles et conditions de mesures - de mix segments - de mix Essence / Diesel PSA 2013 Cibles similaires 70/75 g? 11 Kg gain ~ 1 g CO 2 /km
La situation actuelle Innovations et nouvelles technologies chez PSA Peugeot Citroën pour réduire les émissions de CO 2 Emissions moyennes CO 2 /km Diesel 207, DS3 & C3 HDI 99g CO 2 /km New Stop & Start VE ion & C-Zero JV BMW Peugeot Citroën 3008 Hy4 1er véhicule hybride diesel Essence 1L 3 cyl 99g CO 2 /km 508 Hy4 508 RXH DS5 Hy4 Blue HDI 308 85g CO 2 /km e_hdi90 Airdream C4 Picasso 98g CO 2 /km 130g 120g 110g 135g 132g 128g + leviers Allègement, Aérodynamique, Résistance au roulement, 122,5g Hybrid plug-in 208FE < 50g CO 2 /km Réglementation européenne 130g en 2015 95g en 2020 95g 2009 2010 2011 2012 2020 Ventes en Europe 120g CO 2 /km : 811 000 en 2011
Leviers principaux pour la réduction du CO2 Volume / Architecture Gestion E E Efficacité Chaine de traction 10% consommation - 13g* CO 2 Aérodynamique SCx 5dm² gain ~2g* CO 2 Masse Véhicule -110kg (1 IC) gain ~10g* CO 2 Résitance au roulement - 10% gain ~2g* CO 2 * Valeur dépendant du cycle d homologation et des conditions de mesure gain de masse: Cibles 2015 > -110 kg 2020/25 > - 220 kg
Progression de la masse dans le temps Masse (kg) POIDS (Kg) 1250 1150 1050 950 Evolution de la masse des véhicules Européens Sécurité passive Gain de confort Augmentation de la taille des véhicules Augmentation de la taille des roues Mix groupe motopropulseur : Essence / Diesel Plus d équipement (radio, ABS-ESP, climatisation, sièges électriques..) Performance acoustique 850 750 70 80 90 00 ANNEES Evolution de la masse moyenne des véhicules Peugeot et Citroën An + 15 kg/ an Nouvelle 308-140kg Nouvelle C4 Picasso -140kg
COMMENT ALLÉGER?
CONSOMMATION ANNUELLE Tendances matériaux pour l allègement automobile 3 leviers techniques pour réduire la masse : épaisseur pièce (e) propriétés mécaniques densité matériau ( ) changement de matériau surface pièce (S) conception masse = e..s S e 1 ACIERS A TRES HAUTE RESISTANCE Augmentation caractéristiques = réduction épaisseur = allègement 2a ALLIAGES D ALUMINUM : Fonderie (bloc moteur, LAS) Forge (roues) Tôles embouties (carrosserie) 2b MAGNESIUM : Fonderie/tôles laminées 2002 2006 2009 DAIMLER VW/AUDI BMW PSA RENAULT VOLVO AUTRES European Aluminum consumption Evolution 3 COMPOSITES / PLASTIQUES RENFORCES : - Fibres de verre, de carbone, naturelles - Matrice thermoplastique ou thermodurcissable 1,15 1,74 2,6 7,3 7,8 PA 66-GF30 Magnésium Aluminium fonte Acier
Allègement: à quel coût? La référence : l acier Le challenger : l aluminium Le composite comme alternative à l aluminium? Rappel coût matériaux OdG Espace 500 à 5000 /kg Aéro 5 à 50 /kg Auto 1 à 5 /kg
Allègement: répartition des masses Les sous systèmes du véhicule Les matériaux actuels OTHER OPENING PANEL BODY IN WHITE Glass Other MAT IN CAR EQUIPMENT PLAST /POLYM STEELS CHASSIS SUSPENSION POWER TRAIN Other Metals ALUM Unit European vehicule weight repartition Materials Aciers : caisse, trains (plats) Aluminiums : moteur (fonderie), caisse (plats), trains (fonderie, forge)
Allègement: zoom Caisse en Blanc Périmètre: Caisse en Blanc (avec ouvrants: portes, capots, volets/coffres) Exemple Caisse en blanc (seg B) et solutions matériaux Taux d allègement des différentes solutions techniques masse cible référence Acier 340 Acier optimisé 305 Hybride 2020 280 Hybride 2025 260 Full Alu (estimation) 230 Full composite / plast (est) 180 Hybride = acier + alu + plastiques + composites
Allègement : stratégie multi-matériaux Quelle répartition à moyen terme? La réponse dépendra de l avancée technologique des différentes voies et des propositions fournisseurs / équipementiers en répondant aux questions : de l impact économique et des cadences des ressources en matériaux de l impact énergétique et environnemental qui sera à mesurer
ALLÈGEMENT: SOLUTIONS VÉHICULE
Revoir le Design travail de conception Arriver à compacter le véhicule afin de réduire ses dimensions exter sans réduire l habitabilité et l accessibilité de la voiture Exemple 207 > 208 Gain de masse grâce au compactage Un gain de 1 cm sur le véhicule représente un gain de x kgs en fonction de la zone concernée PSA R&D Louis DAVID CEAGA - Jan 23 th 2013 CONFIDENTIAL 15
Augmenter la part d aluminium PSA utilise environ 100 kg d aluminium par véhicule aujourd hui, spécialement sur les GMP et les liaisons au sol. Exemples de substitution Acier ou Fonte par ALUMINIUM Carter-cylinders Engine Support Pivot of wheel Front part of chassis PSA R&D Louis DAVID CEAGA - Jan 23 th 2013 CONFIDENTIAL 16
Augmenter la part d aluminium En carrosserie: capots sur C4, 308, 508, C5, C6, ailes AV 308 et portes C6 PSA R&D Louis DAVID CEAGA - Jan 23 th 2013 CONFIDENTIAL 17
Augmenter la part de Composites / plastiques: les acquis Périmètre équipements (intérieurs / extérieurs) Plastiques renforcés Façade avant Corps de planche de bord Périmètre semi-structurel Intégration récente de solutions composites Hayons TP/TP/acier et TP/TD Plancher de charge arrière TD/acier
Allègement et composites / Les acquis hayons TP/TD Hayon PEUGEOT 508 SW Pontets ( 2+2 ) : ABS Laque Becquet : TP Ton caisse Peau Inf : TP Ton caisse Caisson : SMC Laque Bandeau Danner : TP Ton caisse Hayon nouvelle CITROEN C4 PICASSO 30 % Gain masse
Allègement et composites / Les acquis Hayon TP/TP/acier sur la nouvelle PEUGEOT 308 Doublure grainée PPGFL 40% Inserts acier surmoulés Becquet collé ABS-PC 25% gain masse Renfort serrure Acier vissé Peau inf collée PP EPDM T30%
Allègement et composites / Les acquis Plancher de charge arrière hybride TD / acier Plateforme EMP2 40% de gain masse
Le coup d après : les pièces structurelles Exemple VELV (Véhicule Electrique Léger de Ville) Evaluation de technologies compatibles de faibles volumes de production (50-80 véhicules / jour) Exercice de conception et d optimisation avec prise en compte des prestations acoustiques, fatigue et crash Etude économique à conduit à une structure hybride space frame en alu et caisse en blanc tout composite Pièces de structure: RTM / Thermodur epoxy vinylesther FV ou FC 120kg: tubes acier 80kg:FV 50kg:FC (estimée) Pièces de panneau: ABS PMMA Thermoformés Calculs Crash / Torsion de Caisse / ACV Corrélation numérique physique pas encore acquise.
Le coup d après : les pièces structurelles Exemple PEUGEOT 208 FE 46g CO2/km et 0 à 100km/h en moins de 8s Allègement 20% Matériaux composites novateurs panneaux de carrosserie et le plancher Côté châssis développement d une lame composite en résine et fibre de verre Utilisation de l alu et du carbone
Le coup d après : les pièces structurelles et la carrosserie MAIS à grande échelle et à coût maîtrisé
Les challenges: les pièces structurelles MASSE MASSE ELEVEE BAS COUTS DE PRODUCTION ACIERS COUTS DE PRODUCTION HAUT ACIERS HAUTE PERFORMANCE Projets automobiles -20 % METAUX HAUTE PERFORMANCE ALUMINIUM -40 % -60 % Le coût des solutions matériaux doit être réduit >> programmes R&D FAIBLE COMPOSITES STUCTURAUX Projets automobiles COMPOSITES STUCTURAUX
Les challenges : les pièces structurelles ACIERS ALUMINIUM C est une question d adaptation Standards de conception / validation Filière numérique existante Standards de mise en forme / ferrage Outil industriel (coût d investissements) ACIERS COMPOSITES STUCTURAUX C est une REVOLUTION Mise en place des standards de conception / validation et des outils attenants Processus de co-conception produit-process sur le périmètre structure Compatibilité de l outil industriel (fabrication, contrôle, assemblage, peinture) Réparabilité Recyclabilité
Les challenges: les pièces structurelles - exemples Aujourd hui PSA est dans une démarche «apprenante» Triangle de suspension (démonstrateur) Renfort de porte PA6.6 fibres de carbone tissées 12K 50 % Gain masse Support pour étude de la modélisation du process et de la tenue en service PA6.6 fibres de verre 40% Gain masse Tenue au crash latéral Compatible du process peinture Compatible des cadences automobile Recyclable
Réparabilité: Les 4 volets d un Cahier des Charges Matériaux 1 - Aptitude à la transformation industrielle 2 - Performance pour la tenue sur véhicule et en particulier la sécurité et la durabilité Processabilité Performances fonctionnelles Fin de vie recyclage Réparabilité 4 - Aptitude a être réutilisé, recyclé ou valorisé 3 - Aptitude à la réparation et la maintenance dans les réseaux
Conclusion La route est encore longue,
Merci de votre attention