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L’industrie française des matériaux composites Etudes Des enjeux prioritaires

L’industrie française des matériaux composites Etudes Des enjeux prioritaires pour un développement durable 2 L’industrie française des matériaux composites Etude stratégique réalisée par pour le compte de la DiGITIP / SIM Rapport de synthèse Louis Berreur Bertrand de Maillard Rév. 2 du 14 mai 2002 Stanislas Nösperger 14 décembre 2001 NODAL CONSULTANTS NODAL CONSULTANTS NODAL CONSULTANTS NODAL CONSULTANTS Etude prospective stratégique sur les matériaux composites 3 AVANT-PROPOS Au cours de ces dernières années, l'industrie française de la transformation des matériaux composites a bénéficié d'une croissance rapide et régulière, soutenue en particulier par la diversité des applications. Pour contribuer à maintenir la croissance de cette industrie et alimenter la réflexion des acteurs industriels, la Direction Générale de l’Industrie, des Technologies de l’Information et des Postes (DiGITIP) du Ministère de l’Economie, des Finances et de l’Industrie a réalisé cette étude stratégique sur "l’industrie française des matériaux composites – des enjeux prioritaires pour un développement durable". Les matériaux composites disposent d'atouts importants par rapport aux matériaux traditionnels. 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 et chimiques. Ils contribuent au renforcement de 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. Dans chacun des marchés d'application (automobile, bâtiment, électricité, équipements industriels,…), ces performances remarquables sont à l'origine de solutions technologiques innovantes. Cependant, pour faire valoir ces atouts et atteindre ses objectifs, l’industrie des matériaux composites doit mieux intégrer dans sa stratégie de croissance la composante environnementale du développement durable. Les évolutions réglementaires en termes de recyclabilité et d'hygiène et sécurité constituent également des enjeux forts que cette industrie doit relever pour maintenir sa croissance. Les directives européennes en vigueur et les projets discutés actuellement encouragent d'ailleurs la mise en place d'actions collectives volontaires de la part des différents secteurs ou filières industrielles, pour maîtriser l'impact environnemental des produits tout au long de leur cycle de vie. Le secteur des matériaux composites, comme les autres, est concerné par ces mesures. Avec l'ensemble des acteurs de la filière, relevons le défi et faisons que la compétitivité des entreprises en sorte renforcée. Jeanne SEYVET Directrice Générale de l'Industrie, des Technologies de l'Information et des Postes Etude prospective stratégique sur les matériaux composites Objectifs & contexte 4 SOMMAIRE Chapitre 1 Objectifs & Contexte ...............................................................5 1 Champ d’application de l’étude............................................................................................ 6 2 Déroulement pratique de l’étude........................................................................................... 6 Chapitre 2 Matériaux & Technologies......................................................7 1 Définitions ............................................................................................................................. 8 2 Les matrices organiques........................................................................................................ 8 3 Les renforts............................................................................................................................ 9 4 Les différents types de procedes.......................................................................................... 11 Chapitre 3 Analyse fonctionnelle et applications...................................17 1 Analyse des fonctions .......................................................................................................... 18 2 Fonctions spécifiques de chaque secteur d'application....................................................... 19 3 Les marchés d’application des composites ......................................................................... 22 Chapitre 4 R&D et savoir-faire technologique français........................25 1 Place de la France dans la Recherche................................................................................ 26 2 R&D et savoir-faire technologiques français...................................................................... 26 3 Positionnement de la France............................................................................................... 27 Chapitre 5 Marchés...................................................................................29 1 Marché des matières premières........................................................................................... 30 2 Estimation du marché des composites................................................................................. 32 3 Particularités du marché français....................................................................................... 33 Chapitre 6 Défis & Opportunités ............................................................34 1 Enjeux des matériaux composites........................................................................................ 35 2 Défis sur l’industrie des composites.................................................................................... 36 3 Difficultés posées aux concepteurs...................................................................................... 39 Chapitre 7 Recommandations..................................................................40 1 Appui à la filière des composites......................................................................................... 41 2 Solutions aux défis industriels posés par les composites .................................................... 43 3 Développement et perfectionnement de procédés innovants............................................... 44 4 Diffusion de l’approche composite...................................................................................... 45 5 Inciter les acteurs à s’impliquer dans la résolution des problèmes de la filière................. 46 Etude prospective stratégique sur les matériaux composites Objectifs & contexte 5 CHAPITRE 1 OBJECTIFS & CONTEXTE Etude prospective stratégique sur les matériaux composites Objectifs & contexte 6 1 CHAMP D’APPLICATION DE L’ETUDE Le champ d’application retenu pour l’étude ne concerne que les matériaux constitués par l’intime association d'une matrice organique (résine) et de renforts constitués de fibres de toutes natures. Dans le secteur des composites, l’étude présente : • les grandes évolutions du marché des composites et les segments majeurs, • le potentiel économique de nouvelles solutions, les facteurs-clés de leur succès, • les forces et les atouts des chercheurs et des industriels français face à la concurrence mondiale. L’étude prospective des attentes des utilisateurs et des produits et procédés susceptibles d’y répondre tentera de répondre aux objectifs suivants : • construction d’un atout compétitif durable, • propositions concrètes de soutien ou d’incitation pour pallier aux faiblesses du dispositif national actuel. 1.1 Le secteur français des matériaux composites Dans la nomenclature française des activités industrielles, le secteur des composites est actuellement intégré dans le vaste secteur des matières plastiques (Groupe NAF 25.2 - NACE Rév. 1 25). Les études sectorielles existantes ne prennent pas en compte la spécificité des matériaux composites. Ainsi, la présente étude vise à identifier et délimiter le secteur français des composites : • les technologies spécifiques aux composites, • les atouts des composites par rapport aux matériaux concurrents, • les principaux obstacles et menaces concernant le développement des composites, • le rôle et l’importance des centres de compétence français dans les technologies des composites, • la place de la France, par la taille du marché et en niveau de savoir-faire, sur le marché mondial. 2 DEROULEMENT PRATIQUE DE L’ETUDE Nodal Consultants a réalisé l’étude stratégique des matériaux composites avec l’appui d’un comité de pilotage dirigé par Hervé Chalaye, Digitip/Sim, chargé de mission auprès du sous- directeur matériaux, responsable de l'étude, et réunissant des intervenants institutionnels (Sessi, CNRS, Anvar, CFCE, Drire Aquitaine, DARPMI) ou liés au secteur (GPIC, Mines de Douai). L'étude stratégique sur le secteur français des matériaux composites a été réalisée en trois phases : 1. recherche documentaire et des brevets pour déterminer la place de la France dans la R&D mondiale ; 2. approche directe de soixante-quinze acteurs de la filière des matériaux composites en France, en Europe, aux Etats Unis et au Japon. 3. synthèse des informations recueillies. Etude prospective stratégique sur les matériaux composites 7 CHAPITRE 2 MATERIAUX & TECHNOLOGIES1 1 Dans ce chapitre 2 – Matériaux & Technologies – de nombreuses données techniques proviennent des différents ouvrages de Maurice Reyne sur les composites. Nodal présente ses remerciements à l’auteur pour lui en avoir laissé l’usage. Etude prospective stratégique sur les matériaux composites Matériaux & Technologies 8 1 DEFINITIONS Les matériaux composites, tels qu’ils sont définis dans le cadre de cette étude, sont principalement constitués : • d’une matrice, résine thermoplastique (TP) ou thermodurcissable (TD) • d’une structure de renfort constituée de fibres, généralement de verre, de carbone, d’aramide ou de fibres naturelles (lin, chanvre, sisal) : − les fibres courtes peuvent être soit séparées, soit agglomérées sous forme de mats ; − les fibres continues peuvent être non travaillées (sous forme de mats) ou travaillées (tissées, tressées) pour obtenir des structures complexes telles que les toiles ou le taffetas. • d’additifs, nécessaires pour assurer une adhérence suffisante entre le renfort fibreux et la matrice et de modifier l’aspect ou les caractéristiques de la matière à laquelle ils sont ajoutés. 2 LES MATRICES ORGANIQUES Les polymères thermodurcissables (TD) sont mis en forme et se polymérisent selon la forme souhaitée par une transformation irréversible. Les principales résines thermodurcissables sont : • les polyesters insaturés, très largement utilisés ; • les résines époxy (ou époxydes) qui constituent la résine type des composites HP ; • les résines phénoliques. Les composites à matrice thermodurcissables représentent 70% des composites en Europe. Les polymères thermoplastiques (TP), mis en forme par chauffage, durcissent au cours du refroidissement. La transformation est réversible. Les principales résines thermoplastiques utilisées dans les composites sont : • le polypropylène (PP) ; • les polyamides (PA) 6, 6-6, 12 ; • le polyéther-éther-cétone (PEEK). Principales propriétés des matrices thermodurcissables (TD) et thermoplastiques (TP) (d'après Maurice Reyne) Matrices ☛ ☛ ☛ ☛ Thermodurcissables TD Thermoplastiques TP Etat de base Liquide visqueux à polymériser Solide prêt à l’emploi Stockage Réduit Illimité Mouillabilité des renforts Aisée Difficile Moulage Chauffage continu Chauffage + refroidissement Cycle Long (polymérisation) Court Tenue au choc Limitée Assez bonne Tenue thermique Meilleure Réduite (sauf nouveau TP) Chutes et déchets Perdus ou utilisés en charges Recyclables Conditions de travail Emanations de solvants Propreté Etude prospective stratégique sur les matériaux composites Matériaux & Technologies 9 3 LES RENFORTS Les renforts contribuent à améliorer la résistance mécanique et la rigidité des matériaux composites et se présentent sous forme filamentaire, allant de la particule de forme allongée à la fibre continue qui donne au matériau un effet de résistance orientée. 3.1 Les différentes natures de renfort 3.1.1 Fibres minérales ou organiques 1. Les fibres de verre : Elles sont obtenues à partir de silice et d’additifs. Suivant les application auxquelles elles sont destinées, les fibres de verre sont réparties en trois qualités : • fibres E pour les composites grande uploads/Industriel/ synthese-composites.pdf