2021-02-17
Arts et Métiers et Texas A&M Engineering collaborent sur des procédés d’usinage de biocomposites, destinés à réduire l’empreinte carbone de l'industrie manufacturière mondiale
Matériaux d’avenir, les biocomposites posent des difficultés d’usinage et de polissage qu’Arts et Métiers et Texas A&M Engineering tentent de résoudre.
Les biocomposites, une solution pour réduire l’empreinte carbone des produits manufacturés
Le recours aux matériaux biocomposites est l’un des moyens de lutter contre le changement climatique en réduisant l'empreinte carbone (la quantité totale d'émissions de gaz à effet de serre) de la production, de l'utilisation et de la fin de vie des produits manufacturés. Constitués d’une matrice en résine (formée de polymères dérivés de ressources renouvelables et non renouvelables), renforcée de fibres naturelles (le plus souvent en chanvre, en coton, en jute ou en lin, qui ont de bonnes propriétés mécaniques), les biocomposites peuvent être utilisés seuls ou en complément de matériaux standards, comme la fibre de carbone.
« Dans de nombreux cas, ils offrent une réduction de poids, une fonctionnalité supplémentaire, par exemple l'amortissement (en limitant les mouvements vibratoires) ou l'absorption des impacts, et des avantages en matière de santé au travail » explique Mohamed El Mansori, professeur au département de génie mécanique, de science des matériaux et de fabrication d’Arts et Métiers. Et de préciser : « Un moteur important du marché pour les applications à grand volume est la possibilité de dissocier le coût des matériaux des fluctuations du prix du pétrole et de l'énergie ».
« Les propriétés des combinaisons de fibres naturelles et de polymères biosourcés s’avèrent intéressantes et offrent une perspective commerciale séduisante pour des composites entièrement biosourcés », a ajouté Mohamed El Mansori. « L'image écologique, les économies de poids, les temps de cycle plus courts, la résistance aux rayures et surtout une empreinte carbone plus faible sont des facteurs importants de leur développement.»
Des matériaux qui posent des défis d’ingénierie de production
Les biocomposites, en particulier ceux constitués de fibres longues, soulèvent des défis pour le traitement de formes quasi nettes, qui exigent une tolérance dimensionnelle précise, le perçage de trous pour l'assemblage et des caractéristiques de surface contrôlées. Les opérations d’usinage et de finition telles que polissage, en mettant en contact des outils abrasifs et un matériau biocomposite, provoquent des contraintes de frottement et de chaleur qui peuvent causer des dommages. L’enjeu est de préserver la fonctionnalité industrielle requise (c'est-à-dire les propriétés mécaniques, de frottement, thermiques, acoustiques ou d'amortissement) de la pièce.
« Comprendre le mécanisme du processus de découpe est essentiel pour créer des produits de qualité, en particulier ceux qui intéressent l'industrie automobile », pour Satish Bukkapatnam, directeur de l'Institut des systèmes de fabrication de la Texas A&M Engineering Experiment Station (TEES). En raison du large éventail d'applications qui existent pour ces biocomposites, l'impact de ces recherches sur les techniques de découpe peut être énorme.
