Pour aller plus loin – Quand vos pièces auto prennent un coup de vieux

Points à retenir

Les composites biosourcés, comme le polypropylène renforcé de fibres de chanvre, permettent d’alléger les pièces automobiles tout en réduisant leur impact environnemental, mais sont sensibles à l’humidité et au vieillissement naturel.

Une « sorption critique » d’environ 14 % (rapportée à la fraction massique de fibres) marque le seuil au-delà duquel l’effet de renforcement des fibres de chanvre disparaît.

Les composites haute performance PPS/fibres de verre résistent mieux à l’humidité mais voient leur interface fibre/matrice se fragiliser fortement en immersion prolongée dans le liquide de refroidissement chaud.

L’orientation des fibres influence autant la performance que la durabilité : un alignement maximal augmente la rigidité mais accroît aussi la sensibilité à la dégradation.

Méthodologies et technologies utilisées

Vieillissement naturel à long terme (jusqu’à 10 ans) et protocoles de vieillissement accéléré (immersion à température contrôlée, chambre climatique avec humidité relative élevée).

Essais mécaniques de traction pour mesurer rigidité, résistance et déformation à rupture.

Analyse thermogravimétrique (ATG) pour évaluer la stabilité thermique des composants.

Microscopie électronique à balayage (SEM) pour observer l’état des interfaces fibre/matrice après vieillissement.

Spectroscopie infrarouge (IR) pour détecter les modifications chimiques des fibres (par ex. dissolution d’hémicellulose).

Modélisation phénoménologique intégrant l’effet combiné de la température et de l’absorption d’eau/glycol.

Simulation par éléments finis avec interphase cohésive pour prédire la dégradation à l’interface fibre/matrice.

Collaborations interdisciplinaires

Partenariats avec des industriels de l’automobile pour tester des pièces réelles « sous capot ».

Collaboration avec d’autres laboratoires spécialisés dans les polymères et les composites pour le développement et la validation des modèles.

Utilisation de plateformes mutualisées d’imagerie et de caractérisation mécanique.

Publications et implications scientifiques

Bourgogne, Q. Automobile : et s’il y avait un peu de chanvre dans l’habitacle et un peu de lin dans votre moteur ?

Bourgogne, Q. C. P., Abida, M., Perroud, O. & Bouchart, V. Influence of different long and short ageing protocols on the mechanical behaviour and damage mechanisms of a hemp fibre reinforced polypropylene. Next Materials 4, 100096 (2024).

Bourgogne, Q. C. Influence of fibre curvature and orientation on the mechanical properties of injected irregular short hemp fibres reinforced polypropylene. Journal of Thermoplastic Composite Materials 37, 2963–2986 (2024).

Bourgogne, Q. C. P., Bouchart, V., Chevrier, P. & Dattoli, E. Influence of temperature and cooling liquid immersion on the mechanical behavior of a PPS composite: experimental study and constitutive equations. SN Appl. Sci. 2, 368 (2020).

de Lorraine, U., de Lorraine, U., ParisTech, E. & Ader, I. C. M. Pierre CHEVRIER Mme Vanessa BOUCHART Mme Fabienne TOUCHARD M. Xavier COLIN M. Jean-Luc BOUVARD Mme Marie-Laetitia PASTOR M. Emmanuel DATTOLI.

Bourgogne, Q. C. P., Bouchart, V., Chevrier, P. & Dattoli, E. Numerical investigation of the fiber/matrix inter-phase damage of a PPS composite considering temperature and cooling liquid ageing. SN Appl. Sci. 3, 132 (2021).

Bourgogne, Q. C. P., Bouchart, V. & Chevrier, P. Prediction of the Wöhler curves of short fibre reinforced composites considering temperature and water absorption. Materials Today Communications 33, 104655 (2022).

Anecdotes et vision pour l’avenir

Lors de certaines observations microscopiques, les fibres de chanvre semblaient intactes à l’œil nu… mais la spectroscopie révélait qu’elles avaient déjà perdu une partie de leur structure interne.

Les protocoles de vieillissement accéléré permettent de « compresser » 10 ans de dégradation en quelques mois, mais il reste indispensable de comparer ces résultats avec des échantillons vieillis naturellement.

Les recherches futures viseront à affiner la modélisation pour intégrer simultanément la fatigue, l’auto-échauffement et les effets environnementaux dans un modèle prédictif global.

• Matériaux