180
Automotive insights Cinq choses à retenir de la conférence de l'IABC 2019 (États-Unis)
Docol® - L'acier automobile

Cinq choses à retenir de la conférence de l'IABC 2019 (États-Unis)

Tendances identifiées par la conférence International Automotive Body Congress (Detroit IABC 2019)

1) La conception des logements de batterie est le thème majeur de l'IABC
2) Prévoir des batteries de véhicules électriques encore plus volumineuses réalisées dans des matières moins chères
3) Les pièces multi-matières ne vont pas disparaître de sitôt
4) Équivalence des prix d'ici 2024 : Véhicules électriques à batterie et moteurs à combustion interne
5) Profilage 3D et impression 3D pour des profilés innovants

Caisse en blanc pour la Chevrolet Corvette 2020
Caisse en blanc pour la Corvette Chevrolet 2020

La conception de logements de batterie a été longuement traitée pendant l'IABC 

Le sujet le plus abordé (et de loin) lors du salon américain 2019 de l'IABC est sans contexte les logements de batterie de véhicules électriques. Pour répondre au besoin d'une plus grande autonomie des véhicules électriques à batterie, les blocs batterie deviennent plus lourds (Wh/kg) et fournissent beaucoup plus d'énergie (Wh/litre). Pour plusieurs raisons, les équipementiers sont prêts à ajouter davantage de piles/modules aux batteries de leurs véhicules électriques.

Ceci étant, plus les batteries sont grosses et lourdes, plus la conception de la caisse en blanc doit être étudiée pour protéger les piles contre toute intrusion en cas de collision. Pour les batteries des véhicules électriques, les tests de type choc poteau latéral sont les plus problématiques.

Mais, heureusement pour les concepteurs, les logements de batteries ont plusieurs fonctions : associés à la structure du plancher de la caisse en blanc, ils renforcent la rigidité et la rigidité en torsion, l'augmentant de plus de 30 % par rapport aux moteurs à combustion interne (source : Caresoft Global Inc.).

De nombreux prototypes de logements de batterie ont été présentés, y compris le Docol EV Design Concept avec ses traverses profilées en 3D permettant de limiter la hauteur.

 

Prévisions de batteries pour véhicules électriques encore plus grosses, réalisées dans des matières moins chères

Après 2020, il sera plus cher d'alléger les voitures en utilisant de l'aluminium que d'ajouter des modules de batteries, estime Don Malen, de l'Université du Michigan et Bloomberg New Energy Finance. Et les consommateurs veulent des batteries plus grosses pour plus d'autonomie et de sérénité. »

Pour produire des batteries plus volumineuses, il faudra que les caisses en blanc soient en acier à très haute limite d’élasticité, nécessaire pour absorber le surplus d'énergie provenant de l'augmentation du poids du véhicule.

Les logements de batterie en aluminium coûtent déjà plus cher que ceux en acier AHSS ou UHSS. Entre un logement en acier AHSS/UHSS et un logement en aluminium, Improvalue estime l'avantage concurrentiel de 88 $ à 110 $ par véhicule. (Hypothèses : usine idéale, 200 000 véhicules/an ; 5 ans de production ; et en tenant compte des coûts de la matière, des opérations de formage, de l'assemblage et du revêtement électrostatique.)

Les conférenciers intervenants à l'IABC ont noté que la différence de prix avait de grandes chances de s'intensifier à l'avenir, car les logements de batteries de véhicules électriques vont augmenter en taille et les concepteurs vont pouvoir innover avec des solutions en acier AHSS/UHSS. Ils recommandent de ne pas bêtement reproduire la conception du logement en aluminium pour l'acier. Ils conseillent plutôt de s'appuyer sur les avantages spécifiques des aciers AHSS pour créer de nouveaux plans suivant vos méthodes de fabrication habituels — et d'envisager de nouveaux procédés de formage, comme le profilage 3D.

Et même si les batteries de véhicules électriques sont plus grosses, plus puissantes (et plus lourdes), il faudra diminuer leur poids. D'une part, les constructeurs vont vouloir compenser au moins en partie, le poids supplémentaire de ces nouvelles batteries. D'autre part, choisir les aciers AHSS/UHSS plutôt que l'aluminium pour avoir des structures plus légères fait sens sur le plan économique (comme environnemental), sachant que l'aluminium dégage beaucoup de gaz à effet de serre et autres chlorofluorocarbones. Espérons que d'ici quelques années, nous commencerons à voir des batteries solides à densité (énergie) plus élevée : elles seront plus légères que les batteries lithium-ion, mais probablement plus chères, ce qui veut dire que les concepteurs privilégieront des solutions en acier AHSS/UHSS, plus économiques.

 

Les pièces multi-matières ne vont pas disparaître de sitôt

En dehors de certains modèles de luxe (les Tesla X, S et 3, la BMW i3, ou la Jaguar I-Pace) qui en comprennent beaucoup, la tendance n'est pas à l'aluminium, mais à plus d'aciers et de multi-matières dans les voitures pour lesquelles le prix est un argument clé (Renault Zoe, Nissan Leaf, Chevrolet Bolt)

Le haut de gamme pourra continuer à s'appuyer sur beaucoup d'aluminium pour les caisses en blanc, mais les multi-matières se développent, avec une fonction particulière pour chaque matière. Pour la toute nouvelle plateforme de caisse en blanc de la Ford Explorer 2020, on trouve :
Acier doux 24,2 %
Acier à haute limite d'élasticité 21,4 %
Acier avancé à haute limite d'élasticité 13,1 %
Acier à très haute limite d'élasticité 9,2 %
Acier durci sous presse 25,2 %
Aluminium – estampé 0,1 %
Aluminium – extrudé 3,7 %
Aluminium – fonte 2,1 %
Magnésium – fonte 0,5 %

Ford a présenté son optimisation de caisse en blanc, avec analyse topologique de la « structure osseuse » pour le transfert de charge principal, le transfert de charge supérieur, les traverses de tension et les traverses de compression.

La structure de renfort « bionique » de la Ford Escape/Kuga 2020 entraîne la transformation des charges d'impact en tension et compression — avec un pliage minimum.

Dans l'Escape/Kuga 2020, les pièces essentielles — dont la structure avant, les montant, le longeron de toit et la structure arrière inférieure — ont été conçus individuellement pour chaque grand marché régional. Alors que ces pièces ont toutes été conçues pour répondre à des normes de performances différentes selon les pays, le poids de l'ensemble est optimal.

L'Escape/Kuga 2020 est plus légère que les versions précédentes. Sa conception :

  • - est plus légère de 90 kg, la caisse en blanc fait 5 kg de moins, grâce aux aciers AHSS et UHSS ;
  • - offre plus de confort pour les passagers, avec un volume de coffre plus important grâce au plan étudié des sections et assemblages ;
  • - présente une flexion statique meilleure de 12 % et des performances de rigidité en torsion supérieures de 10 % par rapport au modèle précédent ;
  • - a gardé un prix abordable grâce à des tôles d'aciers AHSS et UHSS plus fines dans la caisse en blanc.

 

Équivalence des prix d'ici 2024 : Véhicules électriques à batterie et moteurs à combustion interne

D'ici 2024 (hors subventions par les autorités politiques), les véhicules électriques à batterie seront au même prix que ceux à moteur à combustion interne, tous types et toutes classes de modèles confondus, grâce à la baisse de prix des batteries lithium-ion. Le grand changement que les acheteurs potentiels de véhicules électriques attendaient est quasiment arrivé : ces voitures électriques sont moins chères, elles ont davantage d'autonomie alors que le coût de l'électricité reste supportable

  • Il existe déjà une telle équivalence de prix entre des voitures à moteur à combustion interne et des véhicules électriques à batterie pour le milieu de gamme (la Tesla Model 3 2019 par exemple coûte entre 36 600 $ et 61 100 $, comparée à la BMW 330i xDrive 2019, vendue entre 41 245 $ à 61 945 $).
  • Les prix des blocs batterie devraient être autour de 94 $/kWh d'ici 2024 et 62 $/kWh d'ici 2030 (Bloomberg NEF).
  • D'ici 2030, l'Europe exigera que les nouvelles voitures ne consomment pas plus de 2,56 L au 100 km.
  • Dans de nombreuses régions, l'électricité solaire coûte aujourd'hui le même prix, voire moins que l'électricité produite à partir de gaz naturel.
  • Futurs investissements importants d'électrification des infrastructures (par exemple, bornes de rechargement, chargeur embarqué, accessibilité immédiate sur les routes, parkings, etc.). Les États-Unis essaient de rattraper leur retard : on y compte 60 000 bornes de recharge pour véhicules électriques, contre 900 000 en Chine (où les véhicules électriques sont imposés par la loi).

 

Vu sous un autre angle, d'ici 2022, le prix des batteries passera à environ 100 $/kWh, ce qui rendra les véhicules électriques sur batterie plus attractifs, surtout que l'autonomie moyenne devrait être supérieure à 610 km .

 

Profilage 3D et impression 3D pour des profilés innovants

La Ford Explorer 2020 utilise la méthode de formage 3D Sweep de Shape Corporation, sur plusieurs plans et directions — mais sans bouleverser la chaîne de formage. La vitesse d'avalement est fonction de la vitesse d'avalement minimale de la ligne de soudage par induction. Dans un processus de profilage 3D simple, l'acier martensitique est formé sur mesure en tubes sectionnels structurel avec des coudes tridimensionnels et un profilé fermé optimisé pour l'Explorer 2020.

La technologie Shape 3D Sweep autorise des courbes d'un rayon de seulement 400 mm et ne nécessite qu'une zone de transition de 100 mm pour que la cintreuse puisse changer de rayon. Le pliage est découplé de la ligne de profilage 3D pour optimiser le profilage et profiter de la souplesse de la cintreuse.

SSAB envisage également le profilage 3D dans son concept Docol EV Design pour les logements de batterie. Le profilage 3D crée le fond porteur du logement à l'aide de traverses dont une partie est fixe et l'autre flexible. Une traverse peut ensuite être placée perpendiculairement à un profil similaire — retournée puis agencée selon un motif en filet — sans doubler de hauteur dans la direction Z, ce qui permet de gagner de l'espace dans le compartiment passagers.

L'impression 3D (en d'autres termes la fabrication additive) de pièces de caisse en blanc, particulièrement complexes et innovantes, a elle-aussi impressionné les conférenciers. Il y avait par exemple une fusée (direction), optimisée et allégée de 58 % plus légère, après impression par dépôt de fil. La fabrication additive continue d'être — pour le moment— la mieux adaptée aux modèles de faibles volumes où les économies sur les coûts des moules (250 000 $ et plus) et le poids des pièces dépassent le coût d'une impression 3D. Bien que le processus soit toujours excessivement lent pour la plupart des pièces, l'impression par dépôt de fil progresse à un rythme qui promet d'envisager l'abandon progressif de nombreux procédés de fabrication actuels pour les pièces de caisses en blanc.

International automotive body congress 2019

Abonnez-vous gratuitement à notre newsletter mensuelle Automotive Insights et recevez des articles de fond sur les problématiques concrètes de votre secteur d'activité.

En nous envoyant ce formulaire, vous acceptez notre charte de confidentialité.