La voiture du futur - 29/04/2007

Avec un parc automobile de plus de 36 millions de véhicules, la France n'en a pas fini de son histoire d'amour avec la voiture. On en a pour seul exemple le taux de réussite à l'examen du permis de conduire, qui est loin devant celui du baccalauréat. Cependant, en devenant essentielle, elle est également devenue un sujet de controverse. Ce qui provoque aujourd'hui de nombreuses interrogations quant à savoir à quoi ressemblera la voiture de demain.

Loin du bolide surpuissant se déplaçant à des vitesses vertigineuses, la voiture du futur aura comme objectif d'accroître le confort et la sécurité, de respecter l'environnement et de faciliter la conduite grâce à l'électronique embarquée. Elle ressemblera plus à un monospace qu'à un coupé sport et sera capable de contrôler en permanence les différents éléments du véhicule à l'aide d'un ordinateur central. Le conducteur sera constamment épaulé et surveillé par sa voiture, à l'aide de systèmes d'alertes qui permettront d'éviter les obstacles, de contrôler la trajectoire mais aussi de détecter les baisses de vigilance...

L'engagement des constructeurs automobiles dans le développement durable est tout aussi important à l'image des grands projets engagés par BMW qui lance la première voiture de série fonctionnant à l'hydrogène (la BMW Hydrogène 7). En France, c'est la filiale du géant américain Ford qui annonce qu'elle sera en mesure de proposer prochainement des modèles capables de fonctionner avec 85% de biocarburants et 15% d'essence. De quoi peut-être faire rimer voiture avec nature.

 

L'électronique embarquée nous prend le volant : moteurs électriques, alertes anti-collision, visions de nuit. Toutes ces technologies nous éloignent peu à peu du volant tout en voulant nous protéger. Et ce n'est pas fini.

Dans cette course à la voiture autonome, plusieurs projets européens développent de nouveaux modes de transport urbains basés sur des véhicules totalement automatisées. Comme le CityMobil, doté de 40 millions d'euros et qui regroupe 28 partenaires dans 10 pays.

De nombreux projets européens ont aussi comme ambition d'accroître la sécurité du conducteur et des piétons. Ainsi le projet « Save-U », qui rassemble des constructeurs et des équipementiers automobiles high tech, (DaimlerChrysler, Volkswagen, Mira, Siemens VDA Automotive ) a pour objectif de développer un dispositif pouvant identifier les piétons se trouvant dans la trajectoire du véhicule et d'avertir le conducteur en cas de risque de collision.

Dialogue croisé avec deux chercheurs réunis pour Futura Sciences.

• Brahim Chaib-Draa, Université Laval, Québec : professeur au département d'informatique et de génie logiciel de son laboratoire de recherche, le DAMAS (Décision, Apprentissage et Multi-Agents), il s'intéresse aux nouvelles technologies des agents logiciels. Les agents sont des entités logicielles autonomes qui interagissent dans un environnement. La recherche dans ce domaine vise à utiliser des modèles mathématiques afin d'évaluer quelles sont les meilleures actions dans l'environnement en fonction des connaissances et des perceptions des agents.
• Francois Michaud, Universite de Sherbrook : département Génie électrique et Dénie informatique - Ing. Ph.D. Professeur Titulaire de la Chaire de recherche du Canada en robotique mobile et systèmes intelligents autonomes.

Ces recherches sont appliquées en partie au sein d'un projet lié à l'initiative canadienne Auto21. Cet organisme tente de promouvoir la recherche et les interactions entre l'industrie automobile et les chercheurs universitaires canadiens. Ainsi, des étudiants du DAMAS travaillent sur le projet « Communication inter-véhicules et applications ». Leur objectif est d'intégrer la communication sans-fil entre véhicules afin d'améliorer la conduite automobile. Plus particulièrement, ils cherchent à utiliser la communication entre véhicules afin de faire évoluer la prise de décision et la coordination entre véhicules.

« D'un point de vue technologique, la voiture entièrement automatisée, qui conduit toute seule, est réaliste ».

Futura Sciences : Quels sont les nouveaux systèmes qui vont permettre d'améliorer la sécurité routière ?

Brahim Chaib-Draa : D'abord, les nouveaux systèmes auront un rôle de prévention d'accidents. Ainsi, de par la multitude de nouveaux senseurs présents sur les voitures, les systèmes de détection de collision pourront avertir le conducteur et même prendre certaines décisions de conduite (freinages) afin d'éviter une collision ou de minimiser ses impacts.

D'autres systèmes, internes aux véhicules permettront, grâce à des systèmes de caméras, de détecter tout écart dans le comportement du conducteur (sommeil, inattention, etc…), dans l'optique de pouvoir réagir pour éviter tout incident.

Finalement, avec l'utilisation de plus en plus importante des communications sans-fil, il sera évidemment possible de propager de l'information entre véhicules. Dans ce cas, de l'information captée par des senseurs peut être partagée et l'horizon de « vue » d'un véhicule est alors agrandi. Les décisions prises peuvent alors être plus éclairées et on peut aussi penser pouvoir partager des informations sur la chaussée, sur la présence d'accidents, sur la venue d'un véhicule d'urgence, etc…

François Michaud : Tout système améliorant la perception du conducteur que ça soit pour lui d'augmenter le champ de vision (danger à l'avant, obstacle à l'arrière lorsqu'on recule) ou encore mieux dans des conditions difficiles (pluie, neige, brouillard) ou lors de moments d'inattention (manipulation du cellulaire ou de la radio, somnolence) s'avère primordial pour améliorer la sécurité routière.

• Les systèmes de régulateur de vitesse adaptatif (adaptive cruise control) qui permettent de modifier la consigne de vitesse en fonction d'obstacle détecté à l'avant sont sur le point d'arriver sur le marché. Avec les possibilités accrues de communication sur les véhicules, il sera possible de communiquer des conditions de trafic, et même possible pour des véhicules à proximité de s'échanger des informations afin d'augmenter leur champ de perception respectif (ex.: un véhicule à l'avant détecte la présence de glace sur la chaussée, et avertit les autres le suivant de ralentir).

 

Schéma illustrant le « CACC » (Cooperative Adaptative Cruise Control). Cette technologie utilise communication et senseurs afin de viser à la coordination de plusieurs véhicules entre eux.

 

Scénario utilisant le système « CAAC »

• Les systèmes de vision infrarouge sont intéressants pour permettre aux conducteurs de voir la nuit ou dans des conditions de visibilité limité. La difficulté actuelle est qu'il n'existe pas un seul capteur qui peut tout faire - il faut arriver à combiner l'information de plusieurs systèmes de capteurs pour couvrir l'ensemble des situations pouvant survenir.

• Les systèmes de détection de somnolence, de téléphone main libre ou encore de non-démarrage du véhicule en cas d'ivresse sont intéressants pour avoir des conducteurs alertes sur la route.

Futura Sciences : La voiture sans conducteur est-elle un rêve ou peut-on l'imaginer dans un avenir proche ?

Brahim Chaib-Draa : Oui et non. En fait, d'un point de vue technologique, la venue de voitures entièrement automatisées est réaliste, mais plusieurs problèmes restent à êtres surmontés. D'abord, il y a celui de la « pénétration du marché » de telles technologies. En effet, suite à l'intégration de tels systèmes, les véhicules sur la route ne seront que graduellement équipés de systèmes intelligents. Comment alors peut-on gérer les interactions entre des véhicules entièrement autonomes et des conducteurs humains, par définition, imprévisibles ? Il faudra donc songer à une introduction progressive de tels systèmes intelligents capables de tenir compte de ce problème.

Cependant, beaucoup de recherches sont effectuées au niveau du contrôle et de la prise de décision autonome tant en robotique qu'en intelligence artificielle. Ces domaines visent à construire des entités capables de prendre des décisions éclairées dans des environnements complexes tels le réseau routier.

Par exemple, la recherche en intelligence artificielle étudie présentement comment concevoir des processus décisionnels efficaces dans des environnements dynamiques et incertains. Ces processus sont en général basés sur des modèles mathématiques permettant d'évaluer la meilleure action à prendre afin de maximiser une fonction objective. Par exemple, les modèles basés sur les processus décisionnels de Markov permettent de modéliser la prise de décision dans un environnement en raisonnant à partir d'un état de l'environnement S, des actions possibles à partir de cet état et des probabilités d'arriver en un état suivant en effectuant une action à partir de S. Lorsqu'une action est posée, une récompense est donnée indiquant si l'action a été bénéfique ou non. En conservant la « valeur » des états visités (espérance de récompense à partir d'un état), il est possible d'agir dans l'environnement en mettant à jour la valeur des états visités et ainsi de converger vers l'obtention d'une politique indiquant les actions à poser dans l'état courant de l'agent. De plus, la métaphore des agents intelligents est aussi utilisée au niveau de la coordination. Bref, comment pouvons-nous prendre les meilleures décisions possibles afin de rendre le plus efficace possible (globalement) le flot de trafic tout en minimisant les actions à éviter et menant à des accidents.

Toutefois, l'unification des différentes parties du problème menant à une voiture entièrement autonome, efficace et sans risques prendra encore quelques années. De plus, un autre problème majeur est l'acceptation d'une telle technologie par les utilisateurs. Les gens voudront-ils vraiment donner tout le contrôle à une machine ? Cette dernière devra donc évidemment avoir fait ses preuves.

François Michaud : Je crois que ceci se réalisera de façon graduelle, en fonction des capacités de perception (que ça soit via des capteurs sur le véhicule ou par les informations communiquées par d'autres véhicules). Quand les capacités perceptuelles s'avèreront plus performantes que celles des humains, la voiture sans conducteur pourra voir le jour. Il faudra par contre démontrer cette supériorité, du moins pour des questions de responsabilités civiles en cas d'accidents. Qui prendra alors la responsabilité - l'occupant ou le fabriquant du véhicule ?

Technologiquement, je crois que les senseurs et les médiums de communication vont permettre de rendre réalisable des concepts de voiture sans conducteur, probablement à des vitesses réduite au départ. Mais ça va prendre encore plus de temps avant de les voir commercialement disponibles, pour les raisons évoquées précédemment.

Futura Sciences : Quel va être le rôle de l'électronique dans l'évolution des moteurs ?

François Michaud : L'électronique prendra de plus en plus de place afin d'améliorer la précision, la rapidité et l'automatisation/l'autonomie des véhicules dans la conduite. Pour les moteurs plus spécifiquement, l'électronique y prendra plus de place. On peut penser par exemple au moteur électrique d'Hydro-Québec, maintenant utilisé en France. Ça change radicalement la façon de fabriquer les voitures. Le skateboard drive by-wire concept-car de GM où il n'y a plus de lien mécanique (volant, accélération, frein) entre le conducteur et le véhicule est aussi un bon exemple. Le développement de moteurs capables de percevoir les couples à même le moteur est aussi un concept très intéressant, augmentant l'usage de l'électronique dans le contrôle de véhicule. Le défi est d'arriver à retransmettre au conducteur les forces sur la direction, sans passer par un lien mécanique direct.

Patrick Peneau (directeur commercial d'IPSI, société spécialisée dans l'électronique embarquée) nous donne son point de vue sur ces questions.

Futura-Sciences : Quels sont les nouveaux systèmes qui vont permettre d'améliorer la sécurité routière ?

Patrick Peneau : Le X-By-Wire dont les deux principales applications sont le Steer-By-Wire et la Brake-By-Wire. Le remplacement de pièces mécaniques, comme la colonne de direction ou le circuit hydraulique de freinage par des liaisons électriques permet d'améliorer le contrôle de la direction et du freinage du véhicule.

Les systèmes destinés à éviter les collisions (freinage, évitement, …) ou à les minimiser. Basés sur des capteurs d'environnement (radar, caméra, lidar, télémètre,..) et la coordination intelligente de ces multiples informations ("fusion de données"), ces systèmes assistent le conducteur en intervenant directement sur les organes. Parallèlement ils tendent à en minimiser les conséquences dès lors qu'elles sont jugées inévitables, par exemple, en modifiant rapidement la position de conduite.

Freinage électrique 
Crédits : Hubert Vincent - tous droits réservés

Les systèmes de communication entre véhicules et entre véhicule et infrastructure pour partager des informations sur des dangers potentiels.

Lecture de code barres routiers. Le principe repose sur des détecteurs implantés sous le pare-chocs qui lisent des bandes 'codes barres' peintes sur la route. On pourra ainsi éviter les collisions entre véhicules, respecter les limitations de vitesse... Les applications sont très nombreuses mais certaines pourraient entrer en conflit avec les systèmes de guidage par satellite.

Futura Sciences : La voiture sans conducteur est-elle un rêve ou peut-on l'imaginer dans un avenir proche ?

Patrick Peneau : Ça reste encore du domaine du rêve car il n'existe pas de systèmes suffisamment fiables et à un coût acceptable pour rendre la conduite entièrement automatisée. De plus de tels systèmes changeraient totalement la donne en termes de responsabilités juridiques.

En termes de marketing le conducteur est le client des constructeurs, ils sont donc fondamentalement peu enclins à le remplacer par un « robot ».

Il y a cependant, aux USA, quelques expérimentations d'autoroutes spécialement aménagées pour recevoir des "convois" de voitures sans conducteur.

Futura Sciences : Quel va être le rôle de l'électronique dans l'évolution des moteurs ?

Patrick Peneau : L'électronique pour les moteurs a pour objectif d'atteindre le point de fonctionnement optimal quelque soient les conditions, donc d'augmenter le rendement et d'abaisser la consommation et la pollution.

Un autre objectif est la détection précoce des pannes et usures. Par exemple, les fonctions OBD (On Board Diagnostic), enregistrent et analysent les paramètres de contrôle moteur. En cas d'anomalie l'OBD permet à la fois d'adopter un mode de fonctionnement « dégradé » garantissant la sécurité du conducteur et de renseigner le garagiste sur la nature de la défaillance.

Avec le durcissement inévitable des normes anti-pollution (Euro V actuellement), on constate l'accroissement du nombre de modules électroniques embarqués sur les moteurs. On tend de plus en plus vers des solutions à contrôle/commande rapprochée, c'est d'ailleurs déjà le cas sur les nouvelles boîtes de vitesses robotisées où l'électronique de commande est intégrée dans la boîte et non plus déportée comme auparavant.

Sur les moteurs, le nombre de capteurs ne fait que croître car on souhaite contrôler de plus en plus finement les comportements du moteur thermique.

Mais cet accroissement du nombre de pièces électroniques pourrait provoquer un effet secondaire contre-productif avec une augmentation des 'petites pannes'. Cependant, fiabiliser plus durement ces nouvelles pièces est tout à fait possible, mais à un coût plus élevé.

Pour en savoir plus :

• Sur lnternet :

http://www.damas.ift.ulaval.ca
http://www.auto21.ca
http://damas.ift.ulaval.ca/projets/auto21/fr/index.html

• Pages des chercheurs :

http://www.damas.ift.ulaval.ca/~chaib/
http://www.gel.usherbrooke.ca/michaudf/

Des sièges à mémoires, à l'affichage « tête haute » qui permet au conducteur de visualiser son tableau de bord sans avoir à quitter la route des yeux, l'habitacle de nos voitures va devenir de plus en plus confortable.

Les chercheurs du CEA-List de Fontenay-aux-Roses travaillent sur de nouveaux matériaux à mémoire de forme (alliage de nickel et de titane) qui peuvent se déformer tout en ayant mémorisé la forme qu'on leur avait préalablement donnée. Utilisé pour la fabrication de sièges automobiles, cela permettra au conducteur de retrouver, sous l'effet de la chaleur corporelle, une assise idéale et ainsi de réduire le risque de fracture. Des capteurs intégrés au siège permettront aussi de mesurer les mouvements de l'occupant et de s'adapter à sa corpulence.

L'affichage tête haute est une technologie qui permet de diffuser de multiples informations projetées directement sur le pare-brise. Le principe de fonctionnement repose sur la réflexion de la lumière et d ‘effets d'angle de projection. Des dizaines de micro-diodes colorées, incrustées dans le tableau de bord, projettent une image sur une partie semi réflechissante du pare-brise. Cette lumière est alors renvoyée en direction du visage du conducteur qui sera alors le seul à le voir. De quoi éviter de nombreux mouvements de tête et de permettre au conducteur d'avoir accès aux informations du tableau de bord sans avoir à quitter la route des yeux.

La climatisation sera aussi l'objet de progrès notamment grâce à de nouveaux systèmes de purification de l'air par photocatalyse développés par Valéo.

« La conduite avec un volant et des pédales est très instinctive
et restera bien ancrée ».

Futura Sciences : Le volant, le tableau de bord, et de façon générale l'instrumentation vont-ils seulement s'améliorer ou radicalement changer ? Se dirige-t-on vers une nouvelle façon de piloter ?

François Michaud : C'est difficile à dire, la conduite avec un volant et des pédales étant très instinctive et bien ancrée. Le tableau de bord et l'instrumentation vont sûrement évoluer, au fur et à mesure que des technologies nouvelles et fiables seront disponibles et intégrables aux véhicules. Des écrans de type LCD, changeant les interfaces en fonction de ce que le conducteur désire obtenir comme information sur son véhicule, seront certainement présents.

Brahim Chaib-Draa : Évidemment, avec la multiplication des senseurs sur les voitures, de plus en plus d'informations sont disponibles et peuvent être fournies aux conducteurs. Ainsi, il faudra concevoir de nouveaux instruments de contrôle et de visualisation de cette information.

Cependant, en rendant de nouvelles informations disponibles, il faudra tenir compte des facteurs humains, afin de choisir judicieusement l'information à partager au conducteur ainsi que la façon de le faire afin d'éviter des distractions possibles à la conduite.

Futura Sciences : Quels sont les champs de recherche et développement pour améliorer le confort ?

Brahim Chaib-Draa : L'ergonomie est principalement visée à plusieurs points de vue afin d'adapter l'intérieur des véhicules à la physionomie des conducteurs et des passagers.

D'autre part, on peut considérer les systèmes intelligents comme participants à améliorer le confort de conducteurs. En effet, en relevant le conducteur de tâches complexes et/ou répétitives, l'automatisation permet de diminuer le niveau de stress lié à la conduite automobile, ce qui participe donc au confort des conducteurs.

Futura Sciences : On voit les prémices de l'espace numérique roulant (MP3, GPS, vidéo...) : va-t-on aller plus loin dans l'intégration des outils informatiques courants dans l'auto ?

Brahim Chaib-Draa : Évidemment, les outils de visualisation de l'environnement de conduite (GPS et senseurs, etc.) permettront de fournir plus d'informations aux conducteurs. Ainsi, par exemple, des interfaces permettant d'afficher la localité des véhicules tout en illustrant la position des autres véhicules (obtenue par communication) permettra aux conducteurs de prendre des décisions plus éclairées.

On peut aussi imaginer la « personnalisation » des outils de bord, en conservant des paramètres utilisateurs, etc. Bref, l'ère du partage de l'information poursuivra son cours au sein des véhicules comme partout dans la vie de tous les jours.

Graphique illustrant les applications possibles de la communication entre véhicules (GPS, Affichage du comportement des véhicules dans l'environnement…)

François Michaud : Sans aucun doute, et cela servira à accélérer l'introduction de technologies d'assistance à la conduite. En rajoutant des technologies de communication dans les véhicules, on permet d'aborder les concepts de conduite collaborative, où plusieurs véhicules peuvent s'échanger des informations pour mieux coordonner par exemple le passage d'une intersection, éviter des collisions, prévenir des dangers, etc. Du même coup, pour assurer que l'attention du conducteur n'est pas détournée dangereusement de ses tâches de conduite (ex.: un conducteur qui parle au cellulaire ou qui regarde un DVD est plutôt dangereux), des technologies d'assistance à la conduite s'avèreront utiles.

Plus ces systèmes seront déployés et s'avèreront utiles, plus ceci favorisera leur acceptation et la confiance apportée par les gens envers ces systèmes. Ce passage se fera graduellement, et amènera encore plus d'outils informatiques à être intégrés aux véhicules. Le temps passé pour conduire pourra alors être utilisé pour travailler ou se divertir. Le transport reste une nécessité, malgré l'informatisation et les réseaux de communication. Et tant que la "téléportation" à la Star Trek n'est pas du domaine du possible, le transport demandera toujours du temps, et ce temps demande des efforts avec les véhicules actuels, des efforts qui seront transformés en productivité ou divertissement à mesure que l'intelligence des véhicules progressera.

Régulateur de vitesse à contrôle de distance
© Hubert Vincent - Tous droits réservés

Diminuer le poids des véhicules est devenu l'un des objectifs majeurs des constructeurs automobiles en vue de réduire la consommation en carburant. De nombreux matériaux légers tels que l'aluminium, le magnésium et certains plastiques sont de plus en plus souvent utilisés au côté de l'acier.

Certains leaders de l'industrie de l'acier, comme Arcelor, ont mis au point des matériaux spéciaux permettant un allègement de 20 à 40% des aciers produits aujourd'hui. Notamment grâce à la métallurgie des poudres. Cette technique consiste à agglomérer des pièces par compression et à les fritter à haute température à partir de poudres métalliques pulvérisées. Son intérêt par rapport aux autres techniques de fonderie réside dans la simplicité de fabrication sans perte de matière, dans la possibilité de fabriquer des pièces poreuses et dans la capacité de réaliser des alliages semi-métalliques très difficiles à obtenir en métallurgie classique. Dans le domaine des alliages d'aluminium, Alcan nous prépare des matériaux susceptibles d'apporter des allègements plus importants que les aciers spéciaux tout en restant compétitifs.

Aujourd'hui, ils sont en effet nettement trop chers et compliqués à travailler. Ils ne concernent donc pour l'instant que des voitures haut de gamme. Outre ces matériaux, de nombreuses recherches sont en cours sur le magnésium, 36% de fois plus léger que l'acier, et le polycarbonate dont l'objectif est de réduire le poids des surfaces vitrées de moitié (pare-brise, vitres). La fabrication de matériaux composite offre la possibilité de répondre à ces besoins de matériaux légers. Notamment à l'aide du moulage par transfert de résine qui consiste à injecter à basse pression une résine thermodurcissable à travers un renfort fibreux retenu dans un moule rigide et fermé.

Entretien avec le Dr. Carl Blais, Université Laval -Département de génie des mines, de la métallurgie et des matériaux, membre du réseau Auto21* .

« Les composites permettront de conserver les propriétés mécaniques de l'acier tout en allégeant de 25% le véhicule ».

Futura Sciences : Quels sont les matériaux que l'on est susceptible de voir bientôt dans la composition de nos voitures ?

Carl Blais : Il ne fait aucun doute que la prochaine vague de matériaux à percer à grande échelle le marché automobile sera celle des matériaux composites (matrices organiques + renforts fibreux de type verre, carbone, aramide) et carbone/carbone. L'approche vise principalement à tirer profit des propriétés spécifiques (résistance/densité) de ces matériaux pour réduire le poids des véhicules et ainsi les rendre plus performant au niveau de la consommation d'essence. Parmi les principales parties d'un véhicule qui sont visées par un tel remplacement on retrouve: le châssis, le plancher, les freins et les pare-chocs. Il va sans dire que ces démarches s'appliquent aussi bien aux véhicules de randonnée qu'à ceux dédiés au transport en commun.

Surfaces de frottement de matériaux composites C-C, observées par microscopie optique en lumière polarisée et lame teintante. Travaux effectués dans le cadre du programme "Friction des matériaux composites carbone-carbone"
Laboratoire: UPR9069 - Institut de chimie des surfaces et interfaces (I.C.S.I) - Mulhouse
© BRENDLE Marcel - CNRS Photothèque/ICSI

Futura Sciences : L'utilisation de matériaux légers est-elle une nécessité aujourd'hui ?

Carl Blais : Les questions environnementales et sociales mettent de plus en plus de pression sur les fabricants d'automobile afin qu'ils réduisent les émissions de gaz à effet de serre, minimisation du smog urbain, etc. À ce titre, le poids des véhicules est l'une des principales caractéristiques affectant la quantité d'émissions. Dès lors, il est impératif de se tourner vers le poids des matériaux utilisés afin d'améliorer cette caractéristique des véhicules. De façon pratique, les matériaux composites permettent typiquement de conserver les propriétés mécaniques de l'acier tout en diminuant de 25% le poids d'un assemblage.

Caractérisation thermomécanique de matériaux composites. Machine d'essais de fatigue à 1400∞C sous air.
Laboratoire: UMR5801 - Laboratoire des composites thermostructuraux (LCTS) - Pessac
© MEDARD Laurence - CNRS Photothèque

Futura Sciences : Vous travaillez plus précisément sur la métallurgie de poudres ?

Carl Blais : Oui. Car les pièces en acier fabriquées grâce à des procédés de métallurgie des poudres « M/P » sont de plus en plus nombreuses, à cause des coûts de production réduits permis par cette technologie. Mais son utilisation a tendance à se limiter aux éléments non structuraux du moteur. Pour étendre la gamme de pièces pouvant bénéficier de cette technologie, les chercheurs étudient des façons d'accroître les propriétés mécaniques statiques et dynamiques des éléments ferreux M/P fabriqués par pressage axial et frittage au four. Les chercheurs concentrent leurs efforts sur la mise au point de nouveaux alliages ferreux M/P (des poudres M/P faiblement alliées) pour améliorer les propriétés mécaniques, particulièrement la résistance à la fatigue.

Cela inclut des nouveaux aciers M/P atomisés à l'eau, combinés avec des éléments d'alliage ajoutés, afin d'optimiser la formulation chimique ultime pour améliorer les propriétés mécaniques, tout en minimisant la diminution de compressibilité découlant de la présence de ces éléments d'alliage. Dans des laboratoires et des installations industrielles, des échantillons normaux de poudres et de pièces M/P basées sur les nouvelles formulations ainsi perfectionnées seront fabriqués, pour s'assurer que les poudres choisies conviennent à des opérations de compression et de manutention industrielle.

Le projet étudie aussi les composantes M/P à base d'aluminium, car elles peuvent aider à réduire le poids des véhicules. Les matériaux conventionnels à base d'aluminium ne sont pas encore utilisés d'une manière généralisée dans la production de masse d'éléments structuraux pour les moteurs, pour lesquels un contrôle dimensionnel serré est obligatoire. On peut toutefois éviter ce scénario en faisant appel aux capacités de forgeage qu'offre la métallurgie des poudres d'aluminium. La croissance des technologies basées sur la M/P a été retardée par le fait qu'à l'heure actuelle, on ne peut obtenir commercialement que deux alliages d'aluminium M/P pour le pressage et le frittage. La gamme correspondante de propriétés physiques et mécaniques est limitée et, par conséquent, les utilisations possibles sont peu nombreuses. Les chercheurs affiliés au projet ont l'intention de surmonter cet obstacle et de mettre au point de nouveaux alliages d'aluminium M/P basés sur les systèmes Al-Si, Al-Cu et Al-Fe. On va explorer d'autres alternatives pour développer des matériaux à la fois innovateurs et technologiquement évolués. Les alliages qui auront fait leurs preuves en laboratoire serviront à la fabrication de prototypes et seront soumis à des évaluations sur un banc d'essai spécial.

Futura Sciences : Pourquoi l'acier est-il encore le matériau le plus utilisé par l'industrie automobile ?

Carl Blais : Les coûts. En effet, la disponibilité des aciers par rapport aux matériaux composites est d'environ 500 pour 1. De plus, la connaissance du matériau, le savoir faire qui lui est associé, la confiance des ingénieurs dans son utilisation sont autant de paramètres qui font nettement pencher la balance vers l'utilisation des aciers. Qui plus est, le monde de l'acier n'est pas assis les bras croisés à regarder le marché des matériaux composites lui ravir d'importantes parts de marché. En effet, les dernières années ont vu apparaître de nouveaux types d'acier tels les aciers micro-alliés, les aciers TRIP et TWIP qui présentent des propriétés mécaniques nettement améliorées. Ces derniers permettent ainsi de diminuer les poids des structures sans avoir à changer les chaînes de fabrication et de montage. En résumé, les aciers sont peu coûteux, sont facilement disponibles et leurs propriétés de même que leurs méthodes de mise en œuvre sont très bien connues.

*Auto21 regroupe 230 chercheurs canadiens de 37 universités et 110 partenaires industriels et du gouvernement. Un budget annuel de 12 millions de dollars, (provenant du gouvernement fédéral et de l'industrie), finance des projets de recherche répartis dans les six thèmes autour de l'automobile.

Caractérisation thermomécanique de matériaux composites.
UMR5801 - Laboratoire des composites termostructuraux (LCTS) - Pessac
Machine d'essais de fluage à 2000∞C sous gaz neutre.
© MEDARD Laurence - CNRS Photothèque

Pour en savoir plus :

• Sur Internet :

http://www.vrr.ulaval.cça/bd/chercheur/fiche/1224350.html
http://www.auto21.ca/home_f.html

• Page du chercheur

Devant la flambée du prix du pétrole et les problèmes de réchauffement de la planète liés à l'émission de CO₂, les constructeurs automobiles doivent aujourd'hui réfléchir à des carburants alternatifs.

L'hybridation, qui consiste à combiner deux énergies pour assurer la propulsion du véhicule, semble être à moyen et à long terme la technologie la plus aboutie pour faire des économies de carburants. Mais la véritable technologie d'avenir réside dans la pile à combustible dont le fonctionnement se fait par l'empilement de cellules (hydrogène et oxygène en eau) produisant de l'électricité. Dans le cadre de son programme « Project Driveway », General Motors a par ailleurs décidé d'accélérer le rythme de développement de voitures de piles à combustible et annoncé la construction de 100 automobiles qui seront testées courant 2007.

Un nouveau système vient aussi d'être imaginé par une compagnie israélienne (Engineuity) et qui permet de produire un flux continu d'hydrogène et de vapeur sous pression à l'intérieur d'une voiture, à partir de métaux légers tels que le magnésium ou l'aluminium. Un premier prototype devrait voir le jour d'ici trois ans.

Aperçu d'un procédé catalytique de production d'hydrogène sur réacteur structuré : structure générale du monolithe (croisillon en nid d'abeille revêtu de la couche catalytique). L'hydrogène est un bon candidat vecteur pour répondre aux problèmes de l'approvisionnement futur en énergie.
Laboratoire: UPR5401 - Institut de recherches sur la catalyse (IRC) - Villeurbanne
© VILLEGAS Laurent - CNRS Photothèque

Interview de Patrick Corroller, chef du département technologie des transports à l'ADEME (Agence de Maîtrise de l'Energie)

Futura Sciences : Quelle est la part de responsabilité des transports automobiles pour les émissions de polluants et de gaz à effet de serre ?

Patrick Corroler : Elle est importante. Le secteur des transports est fortement responsable de l'accroissement de la consommation d'énergie en France, des émissions de polluants et de gaz à effet de serre. La part du secteur est aujourd'hui de 29 %, contre seulement 13% en 1960 et l'on observe un quasi doublement de sa consommation depuis 1973. En ce qui concerne les émissions de polluants la contribution des transports est forte. Pratiquement 37% des rejets de monoxyde de carbone et 54% des émissions d'oxydes d'azote. On peut d'ailleurs souligner que pour son fonctionnement, le secteur des transports est dépendant à 96% des produits pétroliers. Ce qui constitue un facteur important de vulnérabilité et explique la forte contribution du secteur aux émissions de polluants issus de la combustion de produits pétroliers.

Mais ceci est également vrai pour les émissions de gaz à effet de serre. Le secteur des transports est le premier émetteur de gaz carbonique. Là encore, la route est le principal mode incriminé. Des progrès techniques, conjugués à une réglementation de plus en plus restrictive ont pourtant permis de rendre les véhicules moins consommateurs et moins polluants. Mais ce n'est pas suffisant. Il faut apprendre à transporter mieux et transporter moins. Conduire en engageant rapidement le rapport de vitesses le plus élevé possible.

Futura Sciences : Les évolutions techniques et l'arrivée des nouveaux carburants peuvent-ils résoudre ce phénomène ?

Patrick Corroler : La venue de tous ces nouveaux carburants est sans aucun doute la solution pour enrayer ce phénomène. Certains pays l'ont compris depuis longtemps à l'image du Brésil qui roule à l'éthanol depuis des années. D'autres formes de carburants comme l'hydrogène et la pile à combustion semblent aussi être une bonne alternative même si certains obstacles techniques rendent pour l'instant son utilisation difficile.

Quoiqu'il en soit, les questions de l'effet de serre et de la disponibilité des ressources pétrolière demeurent incontournables, et imposent de réfléchir à des sources d'énergie complémentaires à l'essence et au gazole pour les voitures. Mais ce changement va se faire progressivement. Les constructeurs vont continuer à réduire la consommation des véhicules thermiques, en jouant sur tous les leviers technologiques, notamment la carte de l'hybridation. Tout cela en poursuivant une recherche active sur les solutions de rupture, comme la pile à combustible. Quant aux carburants fossiles, ils évolueront et laisseront davantage de place aux biocarburants et carburants de synthèse issus de la biomasse.

Pile à combustible
© Hubert Vincent - Tous droits réservés

L'Europe aussi est consciente de la nécessité de contenir l'effet de serre. C'est pourquoi elle a fixé une échéance en demandant aux Etats membres que, en 2020, 20% des carburants consommés dans les transports terrestres soient des carburants de substitution.

Futura Sciences : Un changement passe-t-il d'abord par une prise de conscience des conducteurs et de leur comportement sur la route ?

Patrick Corroler : C'est essentiel. Le gouvernement en a d'ailleurs pris conscience puisque les principes de l'écoconduite vont être généralisés dans la formation des conducteurs. De nombreux pays européens comme l'Allemagne le Portugal ou l'Espagne ont déjà mis en place cette formation. Les règles d'or de ce programme sont simples.

Conduire en engageant rapidement le rapport de vitesses le plus élevé possible. Maintenir une vitesse constante en utilisant le rapport de vitesses le plus élevé. Adopter une conduite fluide, éviter les freinages et les changements de rapports inutiles. Après une évaluation des conducteurs, on a par ailleurs observé une diminution de la consommation d'énergie d'environ 15%.

Production d'hydrogène électrocatalysé par des complexes de cobalt. On voit ici une cellule d'électrolyse avec l'électrode de travail en carbone (barreau noir) et l'électrode de référence. La contre-électrode est dans le compartiment de gauche, séparée par un verre fritté. L'hydrogène est un vecteur énergétique prometteur pour le siècle à venir, mais il n'est pas présent à l'état natif sur notre planète. Il faut le produire à partir d'autres sources d'énergie. L'objectif de cette étude est d'identifier de nouveaux catalyseurs moléculaires pour produire de l'hydrogène à partir d'électricité ou d'énergie solaire.
Lboratoire: UMR5047 - Chimie et biochimie des centres Redox biologiques (CBRCB) - Grenoble cedex 9
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