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LD - 6 décembre 2013 Stratégie Matériaux Automobile pour les années à venir Enjeux et perspectives des nouveaux matériaux le 6 décembre 2013 Louis DAVID

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LD - 6 décembre 2013

Stratégie Matériaux Automobile pour les années à venir

Enjeux et perspectives des nouveaux matériaux

le 6 décembre 2013

Louis DAVID

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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

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POURQUOI ALLÉGER?

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• 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

Cibles ≈

similaires

En 2020 : cibles réglementaires ≈ similaires en tenant compte des

différences :

- de cycles et conditions de mesures

- de mix segments

- de mix Essence / Diesel

70/75 g ?

PSA 2013

11 Kg gain ~ 1 g CO2/km

Éléments de contexte règlementaire mondial

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► JV BMW Peugeot

Citroën

► 3008 Hy4

1er véhicule

hybride diesel

132g 128g

135g

Ventes en Europe ≤ 120g CO2/km : 811 000 en 2011

Diesel 207,

DS3 & C3 HDI

99g CO2/km

► New Stop & Start

► VE iOn & C-Zero

► Essence 1L 3 cyl

≤ 99g CO2/km

► 508 Hy4

► 508 RXH

► DS5 Hy4

► Hybrid plug-in

► 208FE

< 50g CO2/km

Réglementation

européenne

130g en 2015

95g en 2020

130g

120g

2009 2010 2011 2012

95g

Emissions moyennes CO2/km

2020

110g

122,5g

+ leviers Allègement, Aérodynamique,

Résistance au roulement, …

La situation actuelle

► Blue HDI ► 308

► ≤ 85g CO2/km

► e_HDI90

Airdream ► C4 Picasso

► ≤ 98g CO2/km

Innovations et nouvelles technologies chez PSA Peugeot Citroën pour réduire les émissions de CO2

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Leviers principaux pour la réduction du CO2

Volume / Architecture

Efficacité Chaine de traction 10% consommation - 13g* CO2

Masse Véhicule -110kg (1 IC)

gain ~10g* CO2

Résitance au roulement - 10%

gain ~2g* CO2

Aérodynamique SCx 5dm²

gain ~2g* CO2

Gestion E E

Cibles gain de masse: 2015 > -110 kg

2020/25 > - 220 kg

* Valeur dépendant du cycle d’homologation

et des conditions de mesure

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Progression de la masse dans le temps

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

Evolution de la masse des véhicules Européens

An 70 80 90 00

750

850

950

1050

1150

1250

ANNEES

POIDS(Kg)

70 80 90 00

750

850

950

1050

1150

1250

ANNEES

POIDS(Kg)

Masse (kg)

Evolution de la masse moyenne des véhicules Peugeot et Citroën

+ 15 kg/ an

Nouvelle 308 -140kg

Nouvelle C4 Picasso -140kg

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COMMENT ALLÉGER?

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3 leviers techniques pour réduire la masse : épaisseur pièce (e) ↗ propriétés mécaniques densité matériau () changement de matériau surface pièce (S) conception

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

3 – COMPOSITES / PLASTIQUES RENFORCES : - Fibres de verre, de carbone, naturelles - Matrice thermoplastique ou thermodurcissable

DAIMLER VW/AUDI BMW PSA RENAULT VOLVO AUTRES

200220062009

200220062009

CO

NS

OM

MA

TIO

N A

NN

UE

LLE

European Aluminum consumption Evolution

e

S

ee

S

masse = e..S

Tendances matériaux pour l’allègement automobile

1,151,74

2,6

7,37,8

PA 66-GF30 Magnésium Aluminium fonte Acier

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La référence : l’acier

Le challenger : l’aluminium

Le composite comme alternative à l’aluminium ?

Allègement: à quel coût?

Rappel coût

matériaux OdG

Espace 500 à

5000€/kg

Aéro 5 à 50€/kg

Auto 1 à 5€/kg

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European vehicule weight repartition

Aluminiums : moteur (fonderie), caisse

(plats), trains (fonderie, forge)

Les matériaux actuels

Unit Materials

PLAST

/POLYM

STEELS

ALUM

Other

Metals

Glass

Other MAT

BODY IN

WHITE

POWER

TRAIN CHASSIS

SUSPENSION

IN CAR

EQUIPMENT

OPENING PANEL OTHER

Aciers : caisse, trains (plats)

Allègement: répartition des masses

Les sous systèmes du véhicule

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Allègement: zoom Caisse en Blanc

Exemple Caisse en blanc (seg B) et solutions matériaux

Périmètre: Caisse en Blanc (avec ouvrants: portes, capots, volets/coffres)

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

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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

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ALLÈGEMENT: SOLUTIONS VÉHICULE

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PSA R&D Louis DAVID CEAGA - Jan 23th 2013

15 CONFIDENTIAL

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

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PSA R&D Louis DAVID CEAGA - Jan 23th 2013

16 CONFIDENTIAL

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

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PSA R&D Louis DAVID CEAGA - Jan 23th 2013

17 CONFIDENTIAL

En carrosserie: capots sur C4, 308, 508, C5, C6, ailes AV 308 et portes C6

Augmenter la part d’aluminium

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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

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Augmenter la part de Composites / plastiques: les acquis

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Allègement et composites / Les acquis

hayons TP/TD

Becquet : TP

Ton caisse

Peau Inf : TPTon caisse

Bandeau Danner : TPTon caisse

Caisson : SMCLaque

Pontets ( 2+2 ) : ABS

Laque

Hayon PEUGEOT 508 SW

30 % Gain masse

Hayon nouvelle CITROEN C4 PICASSO

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Allègement et composites / Les acquis

Hayon TP/TP/acier sur la nouvelle PEUGEOT 308

Becquet collé

ABS-PC

Peau inf collée

PP EPDM T30%

Renfort serrure

Acier vissé

Inserts acier

surmoulés

Doublure grainée

PPGFL 40%

25% gain masse

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Allègement et composites / Les acquis

Plancher de charge arrière hybride TD / acier Plateforme EMP2

40% de gain masse

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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. LD - 6 décembre 2013

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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

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Le coup d’après : les pièces structurelles et la carrosserie

MAIS à grande échelle …

et à coût maîtrisé …

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Les challenges: les pièces structurelles

Le coût des solutions matériaux doit être réduit

>> programmes R&D -60 %

-40 %

-20 %

BAS

FAIBLE

ELEVEE

HAUT COUTS DE PRODUCTION

COMPOSITES STUCTURAUX

ACIERS

ACIERS HAUTE

PERFORMANCE

METAUX HAUTE

PERFORMANCE ALUMINIUM

COMPOSITES STUCTURAUX

Projets automobiles

Projets automobiles

COUTS DE PRODUCTION

MA

SSE

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MA

SSE

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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 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

COMPOSITES STUCTURAUX

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Les challenges: les pièces structurelles - exemples

Aujourd’hui PSA est dans une démarche « apprenante »

Renfort de porte

PA6.6 fibres de verre

40% Gain masse Tenue au crash latéral Compatible du process peinture Compatible des cadences automobile Recyclable

Triangle de suspension (démonstrateur)

PA6.6 fibres de carbone tissées 12K

50 % Gain masse Support pour étude de la modélisation du process et de la tenue en service

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Réparabilité: Les 4 volets d’un Cahier des Charges Matériaux

Processabilité

Réparabilité

Performances fonctionnelles

Fin de vie recyclage

1 - Aptitude à la

transformation

industrielle

3 - Aptitude à la réparation

et la maintenance dans les

réseaux

2 - Performance pour

la tenue sur véhicule

et en particulier la

sécurité et la

durabilité

4 - Aptitude a être

réutilisé, recyclé ou

valorisé

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Conclusion

La route est encore longue, ……

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Merci de votre

attention