La fibre de carbone est le matériau par excellence dans le sport automobile aujourd’hui, ainsi que dans d’autres secteurs de pointes, et ce n’est pas pour rien. Nous allons tout vous expliquer !

Qu’est-ce que la fibre de carbone ?

Tout d’abord, commençons par expliquer ce qu’est la fibre de carbone et comment elle est produite.

Comme son nom l’indique, la fibre de carbone est faite de longues et fines fibres de carbone, des “fils” de l’ordre de 5 à 10 micromètres (donc des millionièmes de mètre), ce qui est 2 à 20 fois plus fin qu’un cheveu humain. Seules, ces fibres sont souples et peu intéressantes pour notre usage.

Pour réaliser des pièces techniques, ces fibres de carbones sont tressées entre elles de sorte à former un tissu. Il existe différentes façons de tresser les fibres de carbone selon l’usage qu’on souhaite en faire.
En effet, le carbone tressé est très résistant en compression et en traction, il est donc important d’étudier la façon de tresser le carbone pour l’usage que l’on veut en faire et les efforts appliqués sur la pièce.

Une fois tressées, les fibres de carbones présentent tous leurs avantages :

  • Elles offrent une très grande rigidité pour un poids inférieur à une pièce “classique”.
  • Elles conduisent bien la chaleur, l’électricité et filtrent les vibrations.
  • Elles sont près de 70% plus légères que l’acier pour une solidité égale en traction ou compression.
  • Leur utilisation permet de réaliser des pièces complexes et d’éviter des soudures.

Cependant, toutes ces propriétés de la fibre de carbone ne se révèlent que lorsqu’elle est mélangée avec de la résine et appliquée de la bonne manière.


Comment utiliser la fibre de carbone ?

L’utilisation de la fibre de carbone demande une certaine technique. Les membres de Vinci Eco Drive l’utilisent depuis plusieurs années pour réaliser nos carrosseries de véhicules ainsi que de nombreuses pièces techniques et ont acquis une certaines expertise pour utiliser ce matériau composite.

1. Simulation

Dans un premier temps, nous simulons nos pièces avec des logiciels performants, comme Ansys par exemple, pour étudier le nombre de couches de fibre de carbone à poser ainsi que leur orientation pour gagner en rigidité tout en économisant de la masse. Ce processus peut prendre du temps pour obtenir la plus grande précision permise par les logiciels.

2. Fabrication du moule

Ensuite, nous réalisons un moule pour fabriquer la pièce. Pour cela, nous partons généralement de blocs de mousse que nous usinons pour leur donner la forme souhaitée, puis nous utilisons de la fibre de verre et du mastic pour la solidifier. La dernière et la plus longue étape de création du moule est le ponçage. Pour obtenir une belle pièce en fibre de carbone, il est indispensable d’avoir un moule qui ne comporte aucune irrégularité, celles-ci seront accentuées sur les pièces produites. Pour éviter cela, nous ponçons avec des grains de plus en plus fins pour obtenir une surface lisse.

Il existe deux types de moules, les moules “positifs” et les moules “négatifs”, nous pouvons illustrer la différence entre ces deux types de la façon suivante :

Un moule positif prend la forme de la pièce souhaitée et nous venons appliquer la fibre de carbone par dessus. Ainsi, le moule de notre E-PULV est… une E-PULV toute blanche formée d’un seul bloc !
Avec un moule négatif, nous venons appliquer la fibre de carbone par l’intérieur de la forme. Pour donner le même exemple, notre Vision X, notre futur prototype d’efficience sera fabriqué avec ce procédé. Ainsi, le moule prendra la forme d’une grande baignoire creusée par la forme de notre carrosserie.

3. Fabrication de la pièce

Une fois ces étapes terminées, nous pouvons passer à la fabrication de nos pièces. Cette phase se déroule en plusieurs étapes bien définies et à réaliser dans l’ordre.

  • Découper le tissu de carbone nécessaire : nous découpons d’abord des patrons dans le tissu de fibre de carbone adapté à la pièce que nous souhaitons réaliser. Nous réalisons cette étape soit à la main, avec des ciseaux conçus spécialement pour découper la fibre de carbone, soit à l’aide d’une découpe laser dont nous disposons. Nous pouvons ainsi gérer l’orientation de la fibre de carbone en fonction des efforts appliqués et nous minimisons les pertes.
  • Préparer les autres matériaux nécessaires à la mise sous vide : en parallèle de la découpe des patrons de fibre de carbone, nous préparons les différents tissus et bâches dont nous aurons besoin : tissu d’arrachage, bâche microperforée et bâche à vide.
  • Préparer le moule : après avoir poncé le moule, nous appliquons plusieurs couches de résine sur le moule, ce qui nous permettra de détacher la pièce de carbone du moule. Nous pouvons éventuellement appliquer une couche de gel coat sur un moule en négatif avant de mettre le carbone pour donner un aspect plus esthétique à la pièce.
    PS: sur un moule en positif, cette couche de gel coat sera la dernière couche, le but étant d’améliorer l’esthétique extérieure de la pièce.
  • Préparer la résine : nous mélangeons alors de la résine avec du durcisseur, ce mélange nous permettra de rassembler et coller les couches de carbone
  • Appliquer les différentes couches de fibre de carbone : nous pouvons l’appliquer sur un moule positif ou négatif comme nous l’avons vu. Nous appliquons alors les couches de carbone en les manipulant avec précaution sur les zones de la pièce qui nous intéressent.
    Après avoir posé la première couche de fibre de carbone, nous étalons une fine couche de résine au pinceau sur la totalité de la surface de carbone. Il faut faire attention à manipuler le pinceau avec légèreté pour ne pas abimer la fibre de carbone, au risque de la détendre.
    Il est possible d’utiliser du nomex, un matériau très léger et très solide en forme de nid d’abeille. Il se place entre deux couches de carbone pour solidifier la pièce en compression.
  • Placer les différents tissus avant le vide : après avoir appliqué toutes les couches de carbone nécessaires, il faut placer par dessus les tissus que nous avons préparé pour pouvoir faire le vide correctement. Dans l’ordre, nous posons :
    – du tissu d’arrachage, un tissu spécial qui nous permettra de retirer les autres tissu de la pièce une fois le vide fini.
    – du tissu microperforé, qui permettra une répartition uniforme de la résine sur la pièce.
    – du tissu absorbant, une feutrine protégeant la pièce et absorbant les excédents de résine.
    – une bâche à vide, une bâche légèrement transparente que nous fermons de tous les côtés et que nous viendrons percer à un (ou plusieurs) endroit(s) pour créer le vide à l’intérieur.
  • Faire le vide : c’est à ce moment que le carbone va se fixer avec la résine et prendra toutes ses propriétés de résistance. Pour cela, nous utilisons une pompe à vide reliée à la bâche à vide. Le vide doit être parfait pour bien fonctionner.

Note supplémentaire : il est important de s’équiper et de se protéger avant d’utiliser des produits tels que la résine, qui peuvent être toxiques. Nous mettons une blouse, un masque filtrant et des gants pour se protéger. De plus, la découpe de la fibre de carbone une fois séchée est aussi toxique, à réaliser bien équipé et dans un environnement protégé.

La façon dont nous utilisons la fibre de carbone n’est pas la seule technique existante. Vous pourrez ainsi voir qu’il est possible de réaliser des pièces en fibre de carbone par infusion de résine ou bien d’utiliser du carbone pré-imprégné, comme c’est souvent le cas dans le monde du sport automobile, mais cette dernière technique nécessite de posséder un four “autoclave”.

En conclusion, nous ne pouvons pas affirmer que notre façon d’utiliser la fibre de carbone est la meilleure ou pas, elle est tout simplement adaptée à notre utilisation et nos membres ont développé une expertise pour son utilisation.

Retrouvez en vidéo tout le processus d’utilisation de la fibre de carbone sur notre chaîne Youtube :

Catégories : Projets

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