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L’industrie française des matériaux composites Des enjeux prioritaires pour u

L’industrie française des matériaux composites Des enjeux prioritaires pour un développement durable Etudes 2 L’industrie française des matériaux composites Etude stratégique réalisée par pour le compte de la DiGITIP / SIM Rapport final Louis Berreur Bertrand de Maillard Rév. 2 du 13 mai 2002 Stanislas Nösperger 17 décembre 2001 NODAL CONSULTANTS NODAL CONSULTANTS NODAL CONSULTANTS NODAL CONSULTANTS 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 Sommaire 4 SOMMAIRE Chapitre 1 Objectifs & Contexte .............................................................7 1 Les composites, outil de créativité et de compétitivité ....................................................... 8 2 Exemples de secteurs d’application des composites.......................................................... 9 2.1 Construction aéronautique.......................................................................................... 9 2.2 Construction automobile............................................................................................. 9 2.3 Secteur du bâtiment .................................................................................................. 10 2.4 Loisirs et sports......................................................................................................... 10 2.5 Exemples d’autres domaines d’utilisation des composites....................................... 10 3 Importance stratégique du secteur des composites.......................................................... 11 4 Objectifs de l’étude ........................................................................................................... 11 4.1 Champ d’application de l’étude................................................................................ 11 4.2 Le secteur français des matériaux composites.......................................................... 12 5 Déroulement pratique de l’étude...................................................................................... 13 Chapitre 2 Matériaux & Technologies..................................................15 1 Définitions......................................................................................................................... 16 2 Matériaux.......................................................................................................................... 17 2.1 Renforts..................................................................................................................... 17 2.2 Matrices .................................................................................................................... 22 2.3 Semi-Produits ........................................................................................................... 25 3 Technologies de transformation ...................................................................................... 26 3.1 Principaux procédés utilisés en France..................................................................... 26 3.2 Acteurs français de la transformation des composites.............................................. 27 3.3 Technologies manuelles de transformation .............................................................. 29 3.4 Procédés de transformation par moulage.................................................................. 30 3.5 Procédé de transformation en continu....................................................................... 35 3.6 Procédés de fabrication des formes de révolution .................................................... 36 3.7 Procédés innovants ................................................................................................... 38 3.8 Répartition des procédés de transformation.............................................................. 39 Chapitre 3 Analyse fonctionnelle et applications.................................42 1 Analyse des fonctions ....................................................................................................... 43 1.1 Classification des applications par fonction ............................................................. 43 1.2 Classification des fonctions par objectif................................................................... 44 2 Fonctions spécifiques de chaque application.................................................................. 45 2.1 Fonctions apportées par les matériaux composites................................................... 45 2.2 Une exploitation inégale des fonctions des composites suivant les secteurs............ 47 2.3 Une obligation d'atouts différenciateurs ................................................................... 47 2.4 Des exigences variées suivant les secteurs d'applications ........................................ 48 2.5 Aperçu sur les enjeux des marchés d'application...................................................... 51 3 Les marchés d’application des composites ...................................................................... 52 3.1 Les composites dans l'aéronautique.......................................................................... 52 3.2 Les composites et l'automobile................................................................................. 54 Etude prospective stratégique sur les matériaux composites Sommaire 5 3.3 Les composites dans le ferroviaire............................................................................ 56 3.4 Les composites dans la construction civile............................................................... 58 3.5 Les composites et la construction industrielle .......................................................... 59 3.6 Les composites et la construction nautique .............................................................. 61 3.7 Les composites dans le secteur médical.................................................................... 63 3.8 Les composites dans les équipements de sports et loisirs......................................... 64 3.9 Les composites et la construction électrique ............................................................ 65 Chapitre 4 R&D et savoir-faire Technologique français ....................67 1 Place de la France dans la Recherche............................................................................. 68 1.1 Place de la France dans le domaine des brevets ....................................................... 68 1.2 Place de la France dans les programmes de recherche européens............................ 71 2 R&D et savoir-faire technologiques français.................................................................. 73 2.1 Les centres de recherche français ............................................................................. 73 2.2 Coopération industrie/centres de recherche dans la filière composite...................... 74 2.3 Protection des innovations françaises....................................................................... 74 3 Positionnement de la France ........................................................................................... 75 3.1 L'offre français de matières premières...................................................................... 75 3.2 Evaluation qualitative de l'offre française ................................................................ 76 3.3 Maîtrise des procédés................................................................................................ 77 Chapitre 5 Marchés.................................................................................79 1 Marché des matières premières........................................................................................ 80 1.1 Aperçu du marché mondial des composites............................................................. 80 1.2 Répartition par marchés d'application....................................................................... 80 1.3 La production des composites en Europe ................................................................. 81 1.4 Disparité des poids relatifs des marchés d'application.............................................. 82 2 Estimation du marché des composites ............................................................................. 84 2.1 Estimation des prix de vente des composites par secteurs d'application .................. 84 2.2 Marchés en valeur des matériaux composites en Europe ......................................... 85 3 Particularités du marché français ................................................................................... 86 3.1 Le marché des matières premières............................................................................ 86 3.2 Valeur ajoutée du marché des composites GD ......................................................... 87 3.3 Répartition du marché français des composites par technologie de transformation. 87 Chapitre 6 Défis & Opportunités ..........................................................90 1 Enjeux des matériaux composites.................................................................................... 91 2 Defis sur l’industrie des composites................................................................................. 92 2.1 Limitation de l’exposition aux émissions de styrène................................................ 92 2.2 La législation sur l'obligation de recycler les composites......................................... 97 3 Difficultés posées aux concepteurs.................................................................................. 99 3.1 La prise en compte de la spécificité des composites................................................. 99 3.2 Nécessité de développer des outils de simulation................................................... 100 3.3 Choix entre cadences de production et propriétés mécaniques............................... 100 Chapitre 7 Recommandations..............................................................103 1 Appui à la filière des composites.................................................................................... 104 1.1 Différents types d'actions en fonction de leur objectif............................................ 104 1.2 Choix des appuis au développement de la filière.................................................... 104 Etude prospective stratégique sur les matériaux composites Sommaire 6 2 Solutions aux défis industriels posés par les composites............................................... 106 2.1 Programme de développement du recyclage .......................................................... 106 2.2 Sensibilisation à la mise en conformité des installations........................................ 107 3 Développement et perfectionnement de procédés-innovants ........................................ 108 3.1 Appui au développement de l’estampage TRE....................................................... 108 3.2 Développer la pultrusion dans le secteur du bâtiment ............................................ 108 4 Diffusion de l’approche composites............................................................................... 109 4.1 Promouvoir l’utilisation des composites dans le bâtiment...................................... 109 4.2 Former les concepteurs à l’analyse fonctionnelle................................................... 110 5 Inciter les acteurs à s’impliquer dans la résolution des problèmes de la filière........... 111 5.1 Inciter les PMI à participer à des programmes de R&D......................................... 111 5.2 Associer les fournisseurs de matières premières à la R&D............................................ 111 5.3 Développer des outils de caractérisation................................................................. 112 5.4 Renforcer les organismes professionnels................................................................ 113 Annexes ..............................................................................................114 Annexe 1 : Composition du Comité de pilotage.................................................................. 115 Annexe 2 : Brevets déposés par pays et par thèmes de 1998 à 2000.......................... 116 Annexe 3 : Listes des acteurs contactés.............................................................................. 117 Annexe 4 : Réseaux de Bragg ............................................................................................. 127 Annexe 5 : Glossaire........................................................................................................... 128 Etude prospective stratégique sur les matériaux composites 7 CHAPITRE 1 OBJECTIFS & CONTEXTE Etude prospective stratégique sur les matériaux composites Objectifs & contexte de l’étude 8 1 LES COMPOSITES, OUTIL DE CREATIVITE ET DE COMPETITIVITE Les matériaux composites (à matrices métalliques, élastomères, polymères ou céramiques) offrent aux industriels et aux designers des possibilités nouvelles d’associer fonction, forme et matériaux, au sein de réalisations, matériaux, systèmes de plus en plus performants. Poids, anisotropie, plurifonctionnalité sont autant d’atouts de principe. Des processus nouveaux de conception, d’industrialisation et de fabrication permettent d’étendre les possibilités techniques, et de mieux satisfaire des besoins parfois contradictoires (poids, fonctions…) auxquels les matériaux homogènes classiques répondent difficilement. La compétition reste très dure entre les solutions composites et les matériaux classiques, disposant d’une avance considérable en termes d’expérience et d’investissement chez les producteurs et les utilisateurs. Les contraintes de productivité sont transmises par les donneurs d’ordre et amplifiées vers les fournisseurs. A l’occasion de chaque décision industrielle ou normative, une classe de composants ou de systèmes peut apparaître ou disparaître. La forte valeur ajoutée de ces réalisations, leurs exigences en termes d’équipements et de compétences de haut niveau, leur confèrent un rôle croissant dans la recherche de différenciation et de compétitivité, clé du succès des industriels des économies occidentales. L'innovation apparaît comme un facteur déterminant du succès durable des entreprises, même si elle ne suffit pas à justifier auprès du consommateur une augmentation significative des prix de vente. L'innovation uploads/Ingenierie_Lourd/ l-x27-industrie-francaise-des-materiaux-composites.pdf