PlastXnow expliqueÉconomiser de l'énergie et préserver les ressources grâce aux plastiques légers
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Melanie Ehrhardt (responsable) | Traduit par l'IA
11 min Temps de lecture
La construction légère est considérée comme une technologie clé pour améliorer l'efficacité énergétique et l'utilisation des ressources. Les plastiques modernes, les matériaux composites renforcés de fibres et les mousses structurales permettent de fabriquer des composants plus légers tout en garantissant une grande stabilité. PlastXnow explique comment cela permet d'économiser de l'énergie et de favoriser les innovations durables.
Construction légère pour les composants de grand volume
(Bild: Fraunhofer IFAM)
La construction légère permet d'économiser de l'énergie, car les composants et les véhicules plus légers nécessitent moins d'énergie pour être mis en mouvement ou accélérés. Par exemple, une voiture plus légère doit fournir moins d'effort pour démarrer ou monter une côte. Elle consomme ainsi moins de carburant ou d'électricité et génère moins d'émissions de CO₂.
Dans le domaine aéronautique également, la construction légère revêt une importance particulière, car un poids réduit diminue considérablement la consommation d'énergie pendant le vol. De plus, les composants plus légers peuvent souvent être fabriqués avec moins de matériaux, ce qui permet également d'économiser de l'énergie lors de leur fabrication.
La construction légère ne consiste toutefois pas simplement à économiser un maximum de matière. Il s'agit plutôt de concevoir des composants de manière à ce qu'ils offrent la même stabilité et la même fonctionnalité tout en étant plus légers. Cela est rendu possible grâce à des matériaux modernes, des conceptions intelligentes et de nouveaux procédés de fabrication.
Les plastiques, pilier de la construction légère moderne
Les plastiques jouent un rôle central dans la construction légère moderne. Ils sont à la fois légers et résistants. Ils peuvent ainsi se substituer en partie à des matériaux lourds comme l'acier et réduire le poids des véhicules, des avions ou des machines.
Le carbone, un plastique renforcé de fibres de carbone (PRFC), est un matériau célèbre dans le domaine de la construction légère. Ce matériau composite est jusqu’à cinq fois plus léger que l’acier et ne pèse qu’environ 60 % du poids de l’aluminium. Il convient notamment à la fabrication de disques de frein et d’habitacles. Les disques de frein en carbone pèsent environ 50 % de moins que les disques de frein conventionnels en fonte grise.
Ferdinand Piëch est considéré comme le pionnier de l'utilisation du PRFC dans l'automobile. C'est lui qui, avec la XL1, a lancé la première série de petites voitures consommant seulement 0,9 litre aux 100 kilomètres grâce à une structure en carbone et à une technologie moteur sophistiquée. Ce matériau a depuis longtemps fait son entrée dans la production en série. Dans la gamme iX de BMW, le PRFC est notamment utilisé pour les cadres latéraux et de toit, les déflecteurs et les cadres de lunette arrière.
FAQ : Tout savoir sur le plastique blanc
(Source: PXN)
Que sont les matériaux composites renforcés de fibres ?
Les matériaux composites à base de fibres se composent d'au moins deux composants distincts : des fibres de renforcement et une matrice qui les entoure. Les fibres assurent principalement une résistance et une rigidité élevées, tandis que la matrice relie les fibres entre elles et répartit les forces exercées.
Quels sont les avantages des matériaux composites à base de fibres ?
Ils se caractérisent par leur faible poids, tout en offrant une résistance et une rigidité élevées. De plus, ils présentent une bonne résistance à la corrosion et peuvent être adaptés de manière ciblée aux exigences d'un composant.
Où utilise-t-on les matériaux composites renforcés de fibres ?
Les matériaux composites à base de fibres sont notamment utilisés dans la construction automobile, l'aéronautique et l'aérospatiale, la construction mécanique, l'énergie éolienne ainsi que dans le domaine du sport et des loisirs. Ils présentent un intérêt particulier dans tous les domaines où la légèreté et des performances mécaniques élevées sont requises.
Il ne s'agit plus seulement d'économiser du carburant. Dans le domaine de la mobilité électrique en particulier, chaque kilogramme économisé améliore l'efficacité énergétique. Cela permet d'augmenter l'autonomie ou d'utiliser des batteries plus petites nécessitant moins de matières premières. Dans les véhicules utilitaires, la logistique ou la construction mécanique également, les composants légers contribuent à économiser de l'énergie.
Dans quels secteurs la construction légère permet-elle de réaliser les plus grandes économies d'énergie ?
C'est surtout là où des charges doivent être constamment déplacées ou transportées que la construction légère permet de réaliser les plus grandes économies d'énergie. C'est pourquoi les secteurs de l'aéronautique, de l'automobile et des transports, ainsi que la construction navale, présentent un intérêt particulier. La construction légère joue également un rôle important dans la construction mécanique et le secteur du bâtiment.
Automobile et mobilité électrique
La construction légère est l'un des thèmes centraux, notamment dans le secteur automobile. Un véhicule plus léger nécessite moins d'énergie pour accélérer et présente également des avantages en matière de freinage et d'autonomie. Selon les données du ministère fédéral de l'Économie, une réduction de poids de 100 kg sur une voiture particulière permet d'économiser environ 0,3 à 0,5 litre de carburant aux 100 km. Pour les véhicules électriques, une réduction de poids de 100 kg peut réduire la consommation d'électricité d'environ 2 à 4 %.
17.09.2026
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L'utilisation de composites à base de fibres naturelles est également intéressante. BMW et Bcomp ont notamment étudié des composants à base de fibres de lin. Pour un toit de véhicule, cela a permis de réduire l'empreinte carbone de la production, y compris la fin de vie, d'environ 40 % par rapport à une solution comparable en fibre de carbone.
Aéronautique et espace
Dans le secteur aérien, le potentiel d'économies est encore plus impressionnant : si un Airbus A320 perd 100 kilogrammes, il économise environ 10 000 litres de kérosène par an, ce qui correspond à jusqu'à 25 tonnes de CO₂.
Le « Multi-Functional Fuselage Demonstrator » (MFD) en est un exemple récent. Grâce à ce projet, la Fraunhofer-Gesellschaft, en collaboration avec ses partenaires, a réussi pour la première fois au monde à démontrer que la construction en thermoplastique adaptée à l'automatisation des fuselages d'avions permettait à la fois d'améliorer l'efficacité de la production à grand rythme et de réduire considérablement le poids.
Concrètement, cela signifie que la structure MFD a permis de réduire le poids d'environ 10 % par rapport à une construction classique. Selon l'institut Fraunhofer, cela permet d'éviter jusqu'à 540 kg de CO₂ par vol.
Train et transports en commun
Dans le cadre du projet 3D-FiberTrain, les instituts Fraunhofer IWU et Fraunhofer IMWS ont démontré, en collaboration avec des partenaires industriels, comment la combinaison de l'impression 3D grand format et du procédé de, il est possible de fabriquer, sans outillage, des composants complexes en composites thermoplastiques renforcés de fibres et hautement résistants destinés aux véhicules ferroviaires. En l’espace de trois ans, le consortium a réalisé deux démonstrateurs de grande taille : un tablier avant et un nez avant d’un train à grande vitesse.
Le polycarbonate renforcé de fibres de verre utilisé a été spécialement sélectionné et modifié afin de répondre aux exigences extrêmement strictes en matière de protection contre l'incendie propres au secteur ferroviaire. De plus, des méthodes spéciales d’optimisation structurelle ont permis de réduire le nombre de bandes de renfort appliquées au minimum nécessaire sur le plan mécanique – ce qui, outre la suppression des outils de moulage, constitue un levier décisif pour la rentabilité du procédé.
En détail
3D-FiberTrain : impression du nez avant d'un train à grande vitesse.
(Source: Fraunhofer IWU)
Dans projet 3D-FiberTrain, les instituts Fraunhofer IWU et Fraunhofer IMWS, en collaboration avec des partenaires industriels, ont démontré comment la combinaison de l’impression 3D grand format et du procédé de pose de rubans 3D permettait de fabriquer, sans outillage, des composants complexes et hautement résistants en composites thermoplastiques renforcés de fibres destinés aux véhicules ferroviaires. En l’espace de trois ans, le consortium a réalisé deux démonstrateurs de grande taille : une jupe avant et un nez avant d’un train à grande vitesse.
Le polycarbonate renforcé de fibres de verre utilisé a été spécialement sélectionné et modifié afin de répondre aux exigences extrêmement strictes en matière de protection contre l'incendie propres aux véhicules ferroviaires. De plus, des méthodes spéciales d'optimisation structurelle ont permis de réduire le nombre de bandes de renfort appliquées au minimum mécaniquement nécessaire – ce qui, outre la suppression des outils de moulage, constitue un levier décisif pour la rentabilité du procédé.
Construction navale
Dans la construction navale également, un poids réduit peut permettre de diminuer la consommation d'énergie. Cela s'avère particulièrement intéressant pour les navires plus petits et plus rapides, chez lesquels une grande partie de l'énergie est consacrée à la propulsion. Des matériaux composites légers peuvent par exemple être utilisés pour les coques, les superstructures et les structures internes.
Toutefois, cet effet est parfois moins marqué pour les grands navires de fret naviguant à faible vitesse que pour les avions ou les véhicules circulant à grande vitesse, car d'autres facteurs, tels que la résistance à l'eau et le rendement de la propulsion, jouent un rôle particulièrement important dans ces derniers.
Construction mécanique et logistique industrielle
Dans le domaine de la construction mécanique, la conception allégée ne se traduit pas seulement par des économies d'énergie pendant l'utilisation. Par exemple, lorsqu'un bras robotisé, une machine mobile ou un outil devient plus léger, les moteurs ont moins de masse à déplacer. Cela permet d'utiliser des entraînements plus petits, qui consomment moins d'énergie.
De plus, grâce à des procédés de fabrication modernes tels que l'impression 3D, il est possible d'utiliser le matériau de manière ciblée là où il est nécessaire pour assurer la stabilité. Cela permet par exemple de créer des structures bioniques qui peuvent être nettement plus légères tout en conservant la même fonction.
La construction légère joue également un rôle important dans l'intralogistique, car de nombreux véhicules, machines et systèmes de manutention sont constamment en mouvement au sein des entrepôts et des halls de production. Là encore, plus leur poids est faible, moins il faut d'énergie pour l'accélération, le transport et le freinage.
Technologies d'avenir
Plusieurs technologies font progresser la construction légère en plastique et permettent de concevoir des composants plus légers, plus robustes et plus économes en énergie.
Matériaux
Les composites thermoplastiques constituent une avancée majeure. Ils se traitent plus rapidement que de nombreux composites renforcés de fibres classiques et sont souvent plus faciles à recycler. C'est pourquoi ils sont considérés comme très prometteurs pour la production en série, notamment dans les secteurs de l'automobile et de l'aéronautique.
Une autre tendance réside dans l'utilisation de composites à base de fibres naturelles, par exemple à base de fibres de lin, de chanvre ou de bois. Ces matériaux permettent de réduire le poids tout en favorisant l'utilisation de matières premières renouvelables.
Les mousses structurales constituent également une technologie importante dans la construction légère en plastique. Elles se composent d'un plastique doté d'une structure alvéolaire, entourée d'une couche externe compacte. Grâce aux nombreuses petites alvéoles de gaz présentes à l'intérieur, la quantité de matériau nécessaire est réduite, tandis que les composants conservent néanmoins une grande rigidité.
Procédure
L'impression 3D (la fabrication additive) favorise la construction légère en plastique. Cette technologie permet de fabriquer des composants dotés de structures bioniques complexes, dans lesquelles le matériau n’est utilisé que là où il est nécessaire pour assurer la stabilité. Cela permet de réduire le poids et la consommation de matière.
Par ailleurs, les procédés de fabrication modernes tels que le moulage par injection, le moulage par transfert de résine (RTM) ou les procédés automatisés de dépôt de fibres jouent un rôle important. Ils permettent la fabrication rentable de pièces légères complexes en grandes séries.
Simulation
La simulation et les méthodes de développement numériques prennent également de plus en plus d'importance. Grâce aux simulations informatiques, les ingénieurs peuvent optimiser les composants avant même leur fabrication. La quantité de matériau est ainsi adaptée avec précision aux contraintes subies, sans compromettre la sécurité ni la stabilité.
Conclusion et perspectives
La construction légère est un élément clé pour améliorer l'efficacité énergétique et l'utilisation des ressources dans de nombreux secteurs. C'est notamment dans l'aéronautique, l'industrie automobile, l'intralogistique et la construction mécanique que la réduction du poids permet de réaliser d'importantes économies d'énergie.
Les plastiques jouent ici un rôle clé. Les technologies modernes telles que les plastiques renforcés de fibres, thermoplastiques composites, la fabrication additive et les mousses structurales permettent de développer des composants à la fois performants et légers. Cela permet de réduire la consommation d’énergie, l’utilisation de matériaux et les émissions de CO₂ tout au long du cycle de vie d’un produit.
La construction légère en plastique restera à l'avenir un moteur essentiel de l'innovation et apportera une contribution importante aux économies d'énergie, à la réduction des émissions et à la conception durable des processus industriels. Cette évolution est principalement portée par l’électrification des transports, l’automatisation croissante de l’intralogistique ainsi que les exigences de plus en plus strictes en matière de durabilité et d’efficacité des ressources.
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