Qu’est-ce que la fibre de carbone ?
Lorsque nous parlons de fibre de carbone dans la construction automobile, c’est principalement au polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) qu’il est fait référence. Il s’agit d’un exemple de matériau composite conçu pour combiner les propriétés positives des composants individuels qui le composent. Dans la suite de l’article, nous utiliserons le terme fibre de carbone par souci de simplicité.
COMMENT ET OÙ LA FIBRE DE CARBONE EST-ELLE UTILISÉE DANS LA CONSTRUCTION AUTOMOBILE ?
La fibre de carbone est très souhaitable pour les composants qui doivent être stables ET légers, comme pour une utilisation dans l’ingénierie automobile. C’est pourquoi la fibre de carbone est utilisée dans l’ingénierie aérospatiale (➜ Lire la suite : La BMW Vantablack), ainsi que dans la construction d’avions, de bateaux et de vélos. Dans l’industrie automobile, la fibre de carbone, comme beaucoup de matériaux avant elle, a trouvé son chemin de la course à la production de masse. Parce que chaque once de poids économisée compte dans les sports mécaniques, la construction légère est l’une des prémisses de base du développement d’une voiture de course.
Chez BMW, par exemple, le matériau est utilisé dans les toits des modèles BMW M (➜ Lire la suite : L’histoire du logo BMW M et ses couleurs) et dans les structures en fibre de carbone visibles pour les pièces BMW M Performance. Cet article se concentrera principalement sur les pièces en fibre de carbone apparente. Le matériau est également utilisé dans les composants de carrosserie de la BMW Série 7, et était auparavant dans la BMW i8 (➜ Lire la suite : Un futur classique) et plus particulièrement dans la BMW i3. Dans ce véhicule électrique, l’ensemble de la carrosserie (➜ Lire la suite : L’électromobilité dans le monde) – la cellule passager – est en fibre de carbone.
La BMW iX bénéficiera également de l’expérience de BMW en matière de fibre de carbone. Le polymère renforcé de fibres de carbone est produit en Allemagne dans les usines de production BMW de Leipzig et de Landshut. Les fibres elles-mêmes sont d’abord fabriquées à Moses Lake aux États-Unis, tandis que la structure de base, également connue sous le nom de produit de fibre semi-finie ou de piles, est produite à Wackersdorf, en Allemagne.
Les composants en carbone apparent, avec la structure du tissu si caractéristique de ce matériau, sont visuellement fascinants. Les amateurs de ce matériau high-tech en ont pour leur argent avec BMW M Performance Parts. La gamme d’options de personnalisation avec de la fibre de carbone visible est vaste – du capot au diffuseur, en passant par les éléments de design à l’intérieur et à l’extérieur, BMW offre une grande variété d’utilisations du carbone pour satisfaire le désir du client.
COMMENT LA FIBRE DE CARBONE EST-ELLE FABRIQUÉE ?
La fibre de carbone est un matériau composite de carbone utilisé dans la construction automobile, dans des pièces supplémentaires telles que les pièces de performance BMW M ou des éléments de châssis en fibre de carbone. Les ingrédients de fabrication sont des fibres de carbone et une structure de support en plastique thermodurcissable connue sous le nom de matrice. Celui-ci peut être constitué de divers matériaux, tels que des résines synthétiques. La matrice sert à relier les fibres et à remplir les espaces entre elles. Étant donné que la résine synthétique commencerait à se réticuler après une période prolongée à température ambiante, elle est stockée enroulée autour de bobines à -0,4 °F (-18 °C). Il est réchauffé à température ambiante environ un jour avant l’étape suivante du traitement.
Les fibres de carbone elles-mêmes sont extrêmement fines – elles ne mesurent souvent qu’un dixième de la largeur d’un cheveu humain. La direction dans laquelle les fibres sont posées est d’une importance cruciale pour la stabilité : une structure en carbone n’est extrêmement rigide que dans la direction des fibres. Dans la prochaine étape pour les composants structurels, environ 50 000 de ces filaments individuels sont combinés en faisceaux de fibres appelés rovings et enroulés. Pour les éléments de carbone visibles, il existe environ 3 000 filaments. Les mèches sont ensuite utilisées pour créer des textiles plats avec différentes orientations de fibres afin d’obtenir une rigidité dans toutes les directions. Lorsqu’ils sont placés les uns sur les autres, ils forment des empilements.
Ceux-ci sont à leur tour placés dans des moules puis « cuits ». Dans cette étape du processus, connue sous le nom d’étape d’autoclave, la matrice thermodurcissable est durcie - à 248 °F (120 °C), à haute pression et d’une durée d’environ deux heures. La résine se réticule, donnant au composant sa forme finale. Le résultat est des pièces de voiture en fibre de carbone qui peuvent être assemblées pour former des éléments plus grands (éléments de carrosserie) selon les besoins. Les pièces visibles sont ensuite recouvertes d’une laque transparente, ce qui permet de s’assurer que la structure caractéristique des formes en carbone reste visible et, en même temps, que le matériau est protégé.
Les pièces en carbone visible sont fabriquées en grande partie à la main, un processus qui prend du temps. La production d’un seul composant peut prendre une journée entière. La préparation, la découpe, le durcissement en autoclave, le démoulage, le fraisage, le laquage – tout cela prend du temps. Cependant, ils garantissent également un niveau de qualité et d’exclusivité extrêmement élevé.
QUELLES SONT LES PROPRIÉTÉS DE LA FIBRE DE CARBONE ?
La fibre de carbone se caractérise par de nombreuses propriétés positives qui la distinguent des autres matériaux. L’un de ses avantages est sa grande rigidité. La structure d’un matériau en fibre de carbone est extrêmement stable. Les pièces automobiles en fibre de carbone sont capables d’absorber de grandes quantités d’énergie d’impact. Cela signifie que, utilisée aux bons endroits, la fibre de carbone contribue à augmenter la sécurité des véhicules.
Un autre avantage du carbone est son faible poids spécifique. Les composants de carrosserie en aluminium, l’un des métaux légers les plus importants, peuvent peser de 20 à 30 % de plus qu’un élément correspondant en carbone, un taux qui peut atteindre 50 % dans le cas de l’acier. Moins de poids signifie moins de carburant ou d’électricité consommé (➜ Lire la suite : Véhicules électriques - les concepts que vous devez connaître), et donc une meilleure empreinte carbone. Alternativement, les propriétés de performance des véhicules sportifs peuvent être encore augmentées grâce à l’utilisation de la fibre de carbone. La raison est simple : plus léger signifie plus rapide.
1 / 5Comme un gigantesque métier à tisser : la production de piles par BMW à Wackersdorf, en Allemagne.
Parmi les autres avantages de la fibre de carbone, citons la capacité de produire des pièces dans presque toutes les formes souhaitées, sa résistance à la corrosion et donc sa longévité, sa faible dilatation thermique, sa résistance à la température et sa résistance à la fatigue durables. Ces propriétés l’emportent sur l’inconvénient que la production de carbone nécessite beaucoup de main-d’œuvre, le coût de la fibre de carbone diminuant avec les quantités les plus importantes et faisant progresser les innovations.
Pour résumer, il n’y a pas d’autre matériau que la fibre de carbone qui puisse être utilisé de manière aussi légère tout en offrant ces propriétés mécaniques. Et en plus de cela, comme le montre, par exemple, les BMW M Performance Parts en carbone visible, il y a le fait que le carbone offre un look unique.
COMMENT ET OÙ LA FIBRE DE CARBONE EST-ELLE UTILISÉE DANS LA CONSTRUCTION AUTOMOBILE ?
La fibre de carbone est très souhaitable pour les composants qui doivent être stables ET légers, comme pour une utilisation dans l’ingénierie automobile. C’est pourquoi la fibre de carbone est utilisée dans l’ingénierie aérospatiale (➜ Lire la suite : La BMW Vantablack), ainsi que dans la construction d’avions, de bateaux et de vélos. Dans l’industrie automobile, la fibre de carbone, comme beaucoup de matériaux avant elle, a trouvé son chemin de la course à la production de masse. Parce que chaque once de poids économisée compte dans les sports mécaniques, la construction légère est l’une des prémisses de base du développement d’une voiture de course.
Chez BMW, par exemple, le matériau est utilisé dans les toits des modèles BMW M (➜ Lire la suite : L’histoire du logo BMW M et ses couleurs) et dans les structures en fibre de carbone visibles pour les pièces BMW M Performance. Cet article se concentrera principalement sur les pièces en fibre de carbone apparente. Le matériau est également utilisé dans les composants de carrosserie de la BMW Série 7, et était auparavant dans la BMW i8 (➜ Lire la suite : Un futur classique) et plus particulièrement dans la BMW i3. Dans ce véhicule électrique, l’ensemble de la carrosserie (➜ Lire la suite : L’électromobilité dans le monde) – la cellule passager – est en fibre de carbone.
La BMW iX bénéficiera également de l’expérience de BMW en matière de fibre de carbone. Le polymère renforcé de fibres de carbone est produit en Allemagne dans les usines de production BMW de Leipzig et de Landshut. Les fibres elles-mêmes sont d’abord fabriquées à Moses Lake aux États-Unis, tandis que la structure de base, également connue sous le nom de produit de fibre semi-finie ou de piles, est produite à Wackersdorf, en Allemagne.
Les composants en carbone apparent, avec la structure du tissu si caractéristique de ce matériau, sont visuellement fascinants. Les amateurs de ce matériau high-tech en ont pour leur argent avec BMW M Performance Parts. La gamme d’options de personnalisation avec de la fibre de carbone visible est vaste – du capot au diffuseur, en passant par les éléments de design à l’intérieur et à l’extérieur, BMW offre une grande variété d’utilisations du carbone pour satisfaire le désir du client.
COMMENT LA FIBRE DE CARBONE EST-ELLE FABRIQUÉE ?
Les fibres de carbone elles-mêmes sont extrêmement fines – elles ne mesurent souvent qu’un dixième de la largeur d’un cheveu humain. La direction dans laquelle les fibres sont posées est d’une importance cruciale pour la stabilité : une structure en carbone n’est extrêmement rigide que dans la direction des fibres. Dans la prochaine étape pour les composants structurels, environ 50 000 de ces filaments individuels sont combinés en faisceaux de fibres appelés rovings et enroulés. Pour les éléments de carbone visibles, il existe environ 3 000 filaments. Les mèches sont ensuite utilisées pour créer des textiles plats avec différentes orientations de fibres afin d’obtenir une rigidité dans toutes les directions. Lorsqu’ils sont placés les uns sur les autres, ils forment des empilements.
Ceux-ci sont à leur tour placés dans des moules puis « cuits ». Dans cette étape du processus, connue sous le nom d’étape d’autoclave, la matrice thermodurcissable est durcie - à 248 °F (120 °C), à haute pression et d’une durée d’environ deux heures. La résine se réticule, donnant au composant sa forme finale. Le résultat est des pièces de voiture en fibre de carbone qui peuvent être assemblées pour former des éléments plus grands (éléments de carrosserie) selon les besoins. Les pièces visibles sont ensuite recouvertes d’une laque transparente, ce qui permet de s’assurer que la structure caractéristique des formes en carbone reste visible et, en même temps, que le matériau est protégé.
Les pièces en carbone visible sont fabriquées en grande partie à la main, un processus qui prend du temps. La production d’un seul composant peut prendre une journée entière. La préparation, la découpe, le durcissement en autoclave, le démoulage, le fraisage, le laquage – tout cela prend du temps. Cependant, ils garantissent également un niveau de qualité et d’exclusivité extrêmement élevé.
QUELLES SONT LES PROPRIÉTÉS DE LA FIBRE DE CARBONE ?
La fibre de carbone se caractérise par de nombreuses propriétés positives qui la distinguent des autres matériaux. L’un de ses avantages est sa grande rigidité. La structure d’un matériau en fibre de carbone est extrêmement stable. Les pièces automobiles en fibre de carbone sont capables d’absorber de grandes quantités d’énergie d’impact. Cela signifie que, utilisée aux bons endroits, la fibre de carbone contribue à augmenter la sécurité des véhicules.
Un autre avantage du carbone est son faible poids spécifique. Les composants de carrosserie en aluminium, l’un des métaux légers les plus importants, peuvent peser de 20 à 30 % de plus qu’un élément correspondant en carbone, un taux qui peut atteindre 50 % dans le cas de l’acier. Moins de poids signifie moins de carburant ou d’électricité consommé (➜ Lire la suite : Véhicules électriques - les concepts que vous devez connaître), et donc une meilleure empreinte carbone. Alternativement, les propriétés de performance des véhicules sportifs peuvent être encore augmentées grâce à l’utilisation de la fibre de carbone. La raison est simple : plus léger signifie plus rapide.
1 / 5Comme un gigantesque métier à tisser : la production de piles par BMW à Wackersdorf, en Allemagne.
Parmi les autres avantages de la fibre de carbone, citons la capacité de produire des pièces dans presque toutes les formes souhaitées, sa résistance à la corrosion et donc sa longévité, sa faible dilatation thermique, sa résistance à la température et sa résistance à la fatigue durables. Ces propriétés l’emportent sur l’inconvénient que la production de carbone nécessite beaucoup de main-d’œuvre, le coût de la fibre de carbone diminuant avec les quantités les plus importantes et faisant progresser les innovations.
Pour résumer, il n’y a pas d’autre matériau que la fibre de carbone qui puisse être utilisé de manière aussi légère tout en offrant ces propriétés mécaniques. Et en plus de cela, comme le montre, par exemple, les BMW M Performance Parts en carbone visible, il y a le fait que le carbone offre un look unique.