Généralités

MATÉRIAUX COMPOSITES : LES MATÉRIAUX INNOVANTS.

La production de matériaux composites se développe dans le monde à une croissance de +6% environ par an.

Ces matériaux associent matière plastique et renfort en fibres, généralement de verre ou de carbone. Bien que leur coût soit plus élevé que celui des matériaux traditionnels, ils apportent à leurs utilisateurs des avantages importants grâce à leurs propriétés, notamment de légèreté ou de résistance….

LES MATÉRIAUX COMPOSITES : DYNAMISME ET INNOVATION

La production de matériaux composites se développe rapidement, en France comme dans le monde : environ +6% par an, en quantité. Ces matériaux associent matière plastique et renfort en fibres, généralement de verre ou de carbone. Bien que leur coût soit plus élevé que celui des matériaux traditionnels, ils apportent à leurs utilisateurs des avantages importants grâce à leurs propriétés, notamment de légèreté ou de résistance. Ces avantages leur ont ouvert des marchés importants dans la construction automobile, l’aéronautique, ou encore le bâtiment. Composé de petites entreprises dynamiques, ce secteur s’adapte, par l’innovation et le partenariat. Les voies du développement durable passent désormais par la maîtrise de l’ensemble du cycle du produit, de la conception au recyclage, et par une meilleure caractérisation des produits et de leurs performances.

Avec 300 000 tonnes produites en France l’année 2000, le secteur des matériaux composites est un petit secteur, si on compare sa production aux 18 millions de tonnes de métaux ouvrées chaque année. Il appartient à l’industrie des matières plastiques, mais ce secteur jeune et en pleine expansion n’est pas clairement répertorié dans les nomenclatures statistiques. Pour mieux le connaître, la Digitip a confié une étude à la société Nodal Consultants.

Les premiers matériaux composites sont apparus au cours de la Seconde Guerre mondiale. Matériaux hétérogènes, ils sont constitués d’une matrice plastique organique (polymère) associé à un renfort fibreux, généralement de verre ou de carbone. Thermodurcissables ou thermoplastiques, leur histoire remonte selon les cas à moins de cinquante ans ou à peine une décennie. Mais déjà plus d’une douzaine de procédés de mise en œuvre ont été développés. C’est davantage que les grandes techniques de transformation des métaux depuis deux cents ans : fonderie, frittage, forge, emboutissage, soudage.

UN MARCHE RÉCENT EN EXPANSION RAPIDE

Le marché mondial des composites croît, en quantité, de 5,7% par an depuis 1994. En 2000, sept millions de tonnes ont été produites, dont plus de 95% sont des composites de grande diffusion. Cette production pourrait atteindre 10 millions de tonnes en 2006.
La croissance est plus favorable pour les composites thermoplastiques que pour les composites thermodurcissables : respectivement 9% et 3% par an. Les composites thermoplastiques sont apparus au début des années quatre-vingt. Plus récents, ils sont aussi plus prometteurs. Cependant, les composites thermodurcissables représentent encore plus de deux tiers du marche.
Le marché nord-américain, de loin le plus important, représente 47% de la transformation mondiale de composites (3,4 Mt). il est suivi par l’Europe (28%, soit 2Mt) et l’Asie (23%, soit 1,6Mt). La croissance du marché est plus forte en Asie et en Europe qu’aux États-Unis (respectivement 7% et 4,5% par an). Le marché sud-américain est très dynamique, avec une augmentation annuelle de plus de 8%. Il est néanmoins réduit (2% de la consommation mondiale).

Avec 15% de la production européenne, la production française de composites se situe derrière celle de l’Allemagne(28%), et de l’Italie(18%). Mais, en valeur, le marché français atteint plus de 2 milliards d’euros, soit 15% de la production européenne. En effet, la France produit plus de composites à hautes performances que ses partenaires européens. Or leur prix sont plus élevés que ceux des matériaux de grande diffusion : ils s’échelonnent entre 9 euros et 38 euros par kilo, alors que les prix des composites de grande diffusion sont compris entre 3 et 6 euros par kilo.

LÉGÈRETÉ ET RÉSISTANCE, DEUX ATOUTS MAITRES

Les matériaux composites disposent d’atouts par rapport à des produits concurrents. Ils apportent de nombreux avantages fonctionnels : légèreté, résistance mécanique et chimique, maintenance réduite, liberté de formes. Ils permettent d’augmenter la durée de vie de certains équipements grâce à leurs propriétés mécaniques (rigidité, résistance à la fatigue), mais aussi grâce à leurs propriétés chimiques (résistance à la corrosion). Ils renforcent également la sécurité grâce à une meilleure tenue aux chocs et au feu. Ils offrent une meilleure isolation thermique ou phonique et, pour certains d’entre eux, une bonne isolation électrique. Ils enrichissent aussi les possibilités de conception en permettant d’alléger des structures et de réaliser des formes complexes, aptes à remplir plusieurs fonctions.

Le coût de fabrication des composites est supérieur à celui des matériaux traditionnels comme l’acier, le bois ou l’aluminium ( de 3 euros à 35euros/ kg, selon les performances requises pour les matériaux composites, de 1,5 euros à 5 euros/kp pour les matériaux plus traditionnels). Néanmoins, en économisant des pièces de liaison et d’usinage, en réduisant de manière importante les frais de maintenance, en augmentant la durée de vie et en accroissant la sécurité, les avantages des matériaux composites, peuvent se valoriser en termes de gains à l’usage.

En réalité, la « solution composite » représente toujours, pour le concepteur, un « saut technologique ». Les matériaux composites offrent en effet la possibilité de réaliser un produit spécifiquement adapté aux performances demandées et d’optimiser le couple prix-performance. Mais par rapport aux solutions alternatives, le gain apporté doit être évalué dès la conception, en même temps que les essais à réaliser. A l’opposé, les matériaux traditionnels (bois, acier, aluminium) apparaissent comme une solution plus sécurisante car leur performances techniques sont connues et répertoriées et leur comportement à l’usage est ainsi prévisible. Ils bénéficient aussi d’améliorations régulière (légèreté, traitements spéciaux pour les métaux).
En pratique, pour être adoptés face à ces solutions traditionnels, les composites doivent absolument se différencier par leurs apports positifs sur au moins cinq critères fonctionnels.

UNE GAMME DE MATÉRIAUX COMPOSITES POUR LE BÂTIMENTS

Dans le bâtiment, les matériaux traditionnels exercent une forte concurrence, qu’il s’agisse de bétons, de poutrelles métalliques ou de céramiques. Leurs performances sont bien connues des prescripteurs. L’utilisation des composites dans ce secteur est nettement en retrait par rapport à ce que l’on observe dans le monde : le bâtiment ne représente que 21% du marché français en volume, contre 35% au japon, 32 % au Brésil et 30% en moyenne mondiale. La souplesse des formes, la résistance aux contraintes climatiques, l’isolation thermique et phonique, la tenue au feu sont pourtant des avantages appréciables. Les emplois peuvent être variés : panneaux de décoration, réhabilitation de bâtiments et ouvrages d’art, formes complexes de grande taille (salles de bains monobloc), poutres et pièces de structures, éléments de toiture. Par ailleurs, la résistance aux vibrations des composites à fibres de carbone et leur haut pouvoir d’absorption d’énergie justifient leur emploi en zone sismiques.
La construction et les équipements industriels ne représentent que 8% du marché en volume des composites en France. Leur coût est en, effet élevé pour des applications relevant en général de normes de sécurité courantes. Les matériaux composites permettent d’augmenter la fiabilité et la longévité des équipements, grâce à leurs qualités de résistance et d’isolation thermique : réservoirs de produits chimiques, oléoducs, appareil sous pression. Ils assurent également une bonne tenue aux secousses sismiques pour la réalisation de canalisations de centrales nucléaires par exemple.

Dans la construction nautique de plaisance, les composites s’avèrent irremplaçables pour les bateaux de taille inférieure à 40 mètres : ils associent l’allégement des structures, à la possibilité de réaliser des formes complexes. (coques, ponts, réservoirs). Leurs qualités de résistance à la corrosion permettent de réduire considérablement la fréquence des carénages et d’accroître la durée de vie des bateaux. Utilisant essentiellement des composites à faible coût, faits de résine en polyester renforcée de fibres de verre, ce secteur ne représente que 4% du marché en volume et en valeur.

Première mondiale
Chateau d'eau port de Lomé

Afric Composite vient de réaliser l'étanchéïté du réservoir du nouveau château d'eau du port autonome de Lomé en matériaux composite.

Réalisations
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