Carrosseries polyester

les débuts de la carrosserie en plastique
des exemples de carrosserie polyester : CG, Matra 530 et Alpine V6
réparation du polyester stratifié

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Les débuts de la carrosserie en plastique

Les carrosseries au salon de Paris 1953 (P. Rapin, Revue Technique Automobile, 10.1953)

L'événement marquant est le lancement de la carrosserie en matière synthétique.
Longtemps personne n'y a cru, en raison des difficultés de moulage des matières existantes. Il y avait bien eut des essais de prototypes chez FORD, mais la question semblait abandonnée.
C'est l'emploi de tissus à base de fils de verre, joint à la fabrication industrielle de produits synthétiques polymérisant à froid, et sans production d'eau au cours de cette transformation, qui a fait faire un pas en avant à l'utilisation de ces matières.
La première présentation sensationnelle a été faite à la WORLD MOTOR SPORTS SHOW au Madison Square Garden de New-York. Deux voitures à carrosserie entièrement en matière synthétique inauguraient ce qu'on peut considérer comme une nouvelle ère :
— La première, réalisée par Tom Masano, agent de KAISER-FRAZER était un châssis Henry J ordinaire, sans aucune modification. Le poids de la carrosserie ne dépassait pas 120 kg. Le prix de vente du véhicule était inférieur à 2.000 dollars.
— La seconde, fabriquée par ROCKEFELLER SPORTS CAR CORPORATION de Rockville Center (New-York) comportait un châssis FORD légèrement transformé. Son prix se tenait en dessous de 2.500 dollars.


Voiture ROCKEFELLER-YANKEE à carrosserie en matière synthétique sur châssis Ford.

L'intérêt suscité par ces voitures a été tel que la OENERAL MOTORS a pris un subit intérêt à la voiture "sport" et envisage dans un proche avenir une série de 60.000 voitures. La CHEVROLET Corvette ferait l'objet, déjà à l'heure actuelle, de plus de 7.000 commandes.


CHEVROLET "CORVETTE", autre exemple de carrosserie en matière synthétique.

D'autres constructeurs font des essais avec carrosseries en matières synthétiques, notamment HUDSON.
Pour l'avenir, bien que la carrosserie en matières synthétiques soit maintenant sortie du domaine des essais pour entrer dans la construction de série, il ne faut pas se faire trop d'illusions. Trois problèmes se posent :
1° Capacité de production des industries chimiques.
2° Modification des opérations de fabrication (combien de presses et de soudeuses faudra-t-il mettre à la ferraille ?).
3° Mais surtout meilleure connaissance de ces matériaux, de leur tenue et de leur emploi, c'est-à-dire formation nouvelle du personnel d'études.
Le premier peut être facilement résolu, grâce au dynamisme des industries chimiques américaines. Le second est d'ordre surtout économique. S'ils y trouvent un intérêt suffisant, les constructeurs américains investiront ce qu'il faudra. Le troisième est le plus difficile et on peut considérer l'avant-série de la GENERAL MOTORS comme devant apporter à cette forme des enseignements précieux pour l'avenir.

Voiture de sport française MARATHON au salon de Paris 1953, voiture fabriquée par SIOP (qui avait acquis Rosengart), moteur arrière bicylindre Dyna 850 cc


Une nouvelle petite voiture de sport française vient de naître. Elle emprunte à la fois à la TRIPPEL allemande pour la forme générale et la formule du moteur arrière à deux cylindres opposés, refroidis par air, et à la Dyna pour l'ensemble mécanique 850 cc. La principale originalité de la voiture réside dans la suspension à roue tirée, dont la hauteur est variable et qui n'utilise ni ressorts, ni barres de torsion. C'est malheureusement tout ce que nous en savons pour le moment.
(Revue Technique Automobile, Salon 1953, 10.1953)

Caractéristiques
Moteur-boîte-pont Dyna 850 cc. Direction à crémaillère. Freins hydrauliques à double circuit. Carrosserie acier et plastique. Empattement 2,04 m. Poids 495 kg.
Signalons, en outre, un équipement très complet.
Deux phares encastrés " Equilux " (réglage télécode du tableau de bord) ; Deux antibrouillard encastrés, grande dimension ; Feux de position et feux rouges arrière et stop encastrés ; Deux feux clignotants avant et deux feux clignotants arrière encastrés avec rappel sonore ; Logement prévu pour radio Philips sur planche de bord ; Deux avertisseurs (ville et route) très puissants ; Double essuie-glace rapide ; Pare-chocs arrière et avant enveloppants ; Volant moderne deux branches grand luxe ; Dégivrage - chauffage - climatisation.
Tableau et appareils de bord
Un compteur de vitesse à totalisateur partiel et totalisateur général ; Un compte-tours ; Une montre ; Un ampèremètre ; Un thermomètre d'huile ; Une jauge d'essence ; Un voyant lumineux d'alerte de pression d'huile ; Un voyant lumineux anti-panne d'essence ; Ces huit appareils sont groupés sous les yeux du conducteur, derrière le volant ; Commande des phares, code, avertisseurs et clignotants sous le volant ; Commande du changement de vitesse par sélecteur sous le volant ; Commande d'avance variable au volant ; Commande des deux antibrouillard par boutons séparés.

La carrosserie en "plastique" au salon de Paris 1954 (P. Rapin, Revue Technique Automobile, 10.1954)

On connaît le principe de la carrosserie en "plastique". Bien avant la guerre déjà, la légèreté des produits en résines synthétiques, ainsi que des caractéristiques mécaniques et chimiques intéressantes, avaient retenu l'attention. L'idée d'utiliser ces matériaux pour la fabrication des carrosseries semble être née de la réalisation, en Amérique, de coques de bateaux en résine synthétique renforcée. On emploie généralement, comme élément de base ou armature, du tissus en fibre de verre, dont plusieurs couches alternent avec des couches de résine.
Un procédé courant d'élaboration consiste à fabriquer d'abord un modèle grandeur nature et aux cotes exactes, sur lequel est pris un moule. Dans ce moule femelle on dispose successivement les couches de tissus et de résine, soumis ensuite à un chauffage en autoclave ou par rayons infrarouges.
Le mode de construction semble. donc, à première vue, très simple et ne pas exiger un outillage important. Mais si, effectivement, une installation relativement peu coûteuse — par comparaison avec l'outillage nécessaire pour les carrosseries en acier — permet la confection à un prix abordable de caisses différant de celles de la grande série, il n'en demeure pas moins que cette fabrication demande une sérieuse mise au point, comme l'ont démontré certains insuccès. Les carrosseries en "stratifié" peuvent être fabriquées au stade artisanal, mais cette fabrication est loin d'être un travail d'amateur, La nécessité d'établir un modèle rend prohibitive la réalisation d'unités isolées ; par contre, le procédé est avantageux pour l'élaboration de prototypes ou de formes nouvelles à propos desquels on veut connaître les réactions du public avant de lancer une fabrication sur grande échelle.
A noter également que jusqu'ici on a construit principalement des carrosseries ouvertes, plus faciles à réaliser que les caisses fermées.
Quels sont les avantages et les Inconvénients de la carrosserie en plastique ?
On a beaucoup parlé du faible poids. Avec une densité de l'ordre de 1,8, le matériau stratifié accuse évidemment un chiffre beaucoup plus favorable que l'aluminium et, à plus forte raison, que l'acier. Pour une résistance donnée, une étude sur la "Corvette" de Chevrolet indique les chiffres ci-après :

tôle d'acierstratifié
Epaisseur0,9 mm2,5 mm
Densité7,81,7
Poids au m27,02 kg4,25 kg

soit un gain de poids, avec le stratifié, de l'ordre de 40 %.

Mais d'autres facteurs sont à considérer, tels que la rigidité, par exemple. Or, à ce point de vue, l'acier est supérieur au stratifié, et si l'on tient compte du renforcement nécessaire pour donner à une carrosserie fermée une rigidité comparable à celle d'une caisse en acier, la différence de poids disparaît. S'il s'agit d'une carrosserie ouverte, reposant obligatoirement sur un châssis, l'allégement de la caisse est absorbé par le renforcement indispensable pour donner à l'ensemble la rigidité voulue.
Au surplus, dans le cas d'une voiture sport ouverte, à châssis rigide, le poids de la caisse est faible par rapport à celui du châssis et le gain de poids, rapporté à l'ensemble, devient très faible, comme l'a souligné M. Tranié, directeur technique de Panhard, au récent Congrès international de l'Automobile. Les modules d'élasticité du plastique stratifié et de l'acier sont à peu près dans le rapport de 1 à 7, de sorte que les grands éléments en stratifié doivent être environ sept fois plus épais que ceux en tôle d'acier embouti. Ces caractéristiques défavorables sont probablement le principal inconvénient du matériau stratifié.
Par contre, en ce qui concerne, la résistance au choc, aucune restriction ne semble devoir être formulée. A égale intensité de choc, les avaries sont moins importantes qu'avec la tôle.
Un grand avantage du stratifié est sa capacité d'absorption des vibrations, caractéristique intéressante au point de vue du silence de plus en plus recherché.
On a souligné également une grande facilité de réparation, mais il convient d'attendre les résultats d'expérience pratique avant de pouvoir formuler une opinion valable.
Un fait certain est que dans tous les pays on s'intéresse beaucoup à la carrosserie en stratifié ; l'expérience la plus importante en cours actuellement est celle de Chevrolet avec sa "Corvette" qui est la première voiture livrée de façon suivie avec une carrosserie de ce genre. Les autres réalisations ne portent que sur de très petites séries ou des prototypes ou voitures expérimentales. On en verra plusieurs au Salon, parmi lesquelles la "Firebird" XP (oiseau de feu de la General Motors, dont une autre caractéristique est la propulsion par turbine, ainsi qu'une carrosserie en plastique construite par Chausson pour D.B.
Il ne faut cependant pas perdre de vue un aspect particulier du problème, du moins on France : on ne construit plus guère de châssis chez nous ; tous nos véhicules de grande série, à l'exception de Panhard, sont désormais soit du type coque (Citroën, Peugeot, Renault), soit du type à caisse autoportante (Ford et Simca), et n'ont pas de carrosserie "rapportée".



Coach D.B. HBR 5 à carrosserie plastique au salon de Paris 1954, la production commençant trois mois plus tard.


Au Salon de Paris 1952, un coupé D.B. fut présenté sur un châssis à poutre centrale. D'une ligne très profilée, il offrait deux places et un emplacement de bagages apprécié par une clientèle sportive qui ne pouvait pas se contenter d'une voiture de compétition pure. Construisant initialement ses caisses en acier, D.B., en coopération avec Chausson, intéressé par une expérimentation de procédés nouveaux, mit au point des caisses coach en plastique sur structure tubulaire.

Deutsch et Bonnet occupent une place à part dans la construction française. D'habiles adaptateurs de mécanique Citroën qu'ils étaient à l'origine, ces artisans de Champigny, passionnés de compétition, sont devenus constructeurs de voitures de sport et de course, utilisant les éléments mécaniques de la Dyna Panhard et, pour la première fois aux 24 Heures du Mans de 1954, de la 4 CV Renault.
D.B. présente au Salon deux nouveautés. Sur la première nous avons peu de détails et savons seulement qu'il s'agit d'une monoplace 750 cc à compresseur destinée à disputer les épreuves de la formule 1, sur des circuits particulièrement difficiles où la maniabilité et les reprises qu'autorisent un poids de 350 kg pour une vitesse de pointe supérieure à 200 km/h, pourrait nous valoir l'an prochain des grands prix de Pau ou de Silverstone retentissants.
La deuxième nouveauté D.B. est un coach de grand tourisme 2-4 places à moteur Panhard 850 cc doté d'un compresseur à basse pression. La carrosserie de ce coach, réalisée par les usines Chausson, est en matière plastique. Elle est montée sur un châssis D.B. à poutre centrale et quatre roues indépendantes.
La ligne de cette carrosserie, aux phares escamotables, est assez classique, et la légèreté qu'elle conférera à l'ensemble nous promet de brillantes D.B. dans les rallyes de 1955.
Il est, en tous cas, réconfortant de penser que Chausson, premier des carrossiers industriels français, ne néglige pas une technique appelée, peut-être, à supplanter dans un proche avenir, celle de la tôlerie dans l'industrie de l'automobile.


C'est un coach à châssis à poutre centrale (traction à moteur Panhard 850) , fabriqué d'abord chez Chausson qui vient de créer un département "carrosseries plastiques", animé par Robert Sobeau (ex-SIOP et ayant participé à la fabrication du coupé Marathon de 1953).
A la fin du contrat Chausson (série limitée à cent exemplaires), les carrosseries et les soubassements sont sous-traités chez SPV (le premier HBR5 "vosgien" sort le 11 juin 1957), dans les Vosges avant le montage final à Champigny.
La SPCAV (Société plastique de construction automobile des Vosges rebaptisée Société Plastique des Vosges) est organisée par Robert Sobeau, Chausson l'ayant autorisé à s'absenter pendant six mois.
La HBR5 remportera d'innombrables victoires jusqu'en 1959.

L'ALPINE RENAULT A 106 entre en fabrication en janvier 1955.


Jean Rédélé (concessionnaire Renault de Dieppe) confie la réalisation de la carrosserie en mélange résine-fibre de verre de son A 106 (moteur et plate-forme Renault 4 CV type 1060 en porte-à-faux arrière) à Chappe et Gessalin (Albert, Abel et Louis Chappe).
Trois prototypes sont présentés en juillet 1955, chez Renault à Billancourt (4 cylindres 747 cm3, 21 ch à 4 100 tr/mn, 520 kg).
Les coques en polyester stratifié sont élaborées dans un moule formé à partir d'une carrosserie en acier chez Chappes & Gessalin à Saint-Maur-des-Fossés, à Brie-Comte-Robert en 1957 puis dans la nouvelle usine alpine de Dieppe à partir de 1958.
Souffrant d'une rigidité insuffisante, les Alpine connaissent leurs premiers soucis d'étanchéité... Le châssis à poutre centrale apparaît en septembre 1960 sur le coupé-sport destiné au Tour de France.

CG, Une affaire familiale dynamique
(Revue Technique Automobile, mai 1973)



Depuis quarante ans, la famille Chappe a fait de la carrosserie sa spécialité.
Installée à Saint-Maur, près de Paris, peu après la première guerre mondiale, elle a d'abord habillé les châssis qu'on lui présentait, de carrosseries bois boulangère, normande, etc.

DU BOIS AU METAL.

Et puis au fur et à mesure des évolutions techniques elle en vint à la carrosserie métallique. Cependant ce n'est qu'après la guerre 39-45 que les frères Chappe s'associant en 1946 avec M. Gessalin fondèrent la Société CG. Un nom qui allait faire son chemin.

PUIS AU PLASTIQUE.

Dépassant le métal, on passe au plastique.
La nouvelle firme, en effet, fût l'une des premières en France à se lancer dans la production de carrosseries en plastique armé. C'est elle qui "inaugura" l'emploi de la résine polyester armée de fibre de verre, dans notre pays, utilisant d'ailleurs des produits directement importés des U.S.A.
Le métal n'était pas abandonné pour autant, car à la CG, on sait mener de front plusieurs combats.
En 1950, CG participe à la réalisation de carrosseries en aluminium pour Talbot.

DEVENIR CONSTRUCTEUR.

En 1953 grâce à la carrosserie en plastique armé, étudiée et réalisée pour la "Monomill" de René Bonnet, la firme de simple carrossier habilleur devient carrossier constructeur.
Cette nouvelle dimension de l'entreprise lui permet de présenter le coach "Alpine" de Jean Rédélé.
Cette voiture vaudra à la maison la médaille d'Argent "Art et Industrie" du Salon de l'Automobile.
Devant le succès grandissant, les installations de Saint-Maur étaient évidemment devenues trop exiguës. La CG, en 1960, s'installe dans la nouvelle zone industrielle de Brie-Comte-Robert.
En 1962 c'est à nouveau au Salon de l'Automobile une médaille "Art et Industrie", celle-ci pour récompenser la sortie de la "GT 4" Alpine.
Parallèlement, cette même année quatre prototypes pour les vingt-quatre Heures du Mans sont construits pour Charles Deutsch, de même que trois autres "protos" "Djet" pour René Bonnet.

UNE VRAIE CG.

Après une collaboration suivie avec plusieurs constructeurs, CG, en 1966, décide de créer une voiture à son nom, une voiture de sport bien entendu puisque c'était dans ce domaine que l'expérience de la firme était la plus poussée. On voit donc apparaître la CG type "A 1000" dessinée par Jean Gessalin et équipée d'une mécanique issue de la Simca 1000. Puis devant le bon accueil du public, la société persévère et sort bientôt (1968) le type "B 1200", équipée des ensembles mécaniques de la Simca 1200, puis (1970) le coupé CG "MC". Quelquefois la CG reçoit une aide substantielle de Chrysler France pour tous les essais, homologations conformes aux normes actuelles de sécurité. C'est ainsi que le coupé CG "1300", la plus récente réalisation de la firme, commercialisée au début de 1972, a satisfait à tous les essais auxquels il a été soumis auprès de I'U.T.A.C.

LA VOITURE DE SON REVE.

Signalons que cette voiture, produite déjà 150 exemplaires, est suivie par une clientèle fidèle.
Chaque acheteur attend sa propre voiture personnalisée, choisissant sa couleur - il n'y a pas de gamme de coloris - les équipements qu'il désire et même, en option, un moteur plus poussé.
Une partie de l'activité CG est tournée vers la fabrique de sièges baquets - 50 par jour - destinés à la firme Mod'Plastia, sièges utilisés sur les Simca 1 000 Rallye 2 et, bien entendu, sur le coupé CG 1300.

Les rouleaux de tissu "Roving" et de "Mat" sont disposés sur un râtelier placé à l'extrémité de la table de coupe. La découpe s'effectue à l'aide d'un ciseau électrique auto-affûtable. Ici découpe d'après gabarit de panneaux de tissu "Roving".
Cet assemblage très rigide de moules est monté sur un bâti tournant.Avant de recevoir les couches de tissu "Roving" imprégnées de résine (3 et 4 couches dans les parties renforcées), ce qui fait une épaisseur moyenne de 2,5 mm - le moule reçoit une application de peinture vinylique additionnée de solvant pour éviter l'attache au démoulage ; ensuite projection du "gel-coat" au pistolet. Après que celui-ci sera polymérisé, on procédera à la stratification.
Les éléments avant et arrière, baie de pare-brise et lunette arrière avec panneaux de custode sont réalisés à part avant d'être intégrés dans le moulage général de la caisse. Ces éléments sont renforcés par des tubes métalliques (tube de 25 mm) enrobés.Dès que la stratification est terminée, la pièce est détourée en coupant au tranchet tout ce qui dépasse du moule. Cette opération doit être effectuée à un moment très précis lorsque la résine est suffisamment prise pour ne pas risquer d'arracher les fibres, mais est encore assez tendre pour pouvoir être coupée.
Après moulage de la carrosserie, les éléments avant et arrière (baie de pare-brise, lunette arrière) sont positionnés à leur emplacement respectif. Ils sont collés et maintenus en place par des serre-joints. Ici positionnement de la baie de pare-brise.Démoulage de la carrosserie. Le moule comprend un grand nombre d'éléments boulonnés entre eux.
Fabrication des panneaux de portes, ici mise en place d'un tissu de verre Roving et imprégnation de la résine au pinceau.Fabrication en série des sièges baquet.
Elément intérieur avant. Ici bloc avant. Tous ces éléments comprennent des pré-perçages afin d'avoir, à l'assemblage, un positionnement correct et rapide. Ils sont réalisés en résine appliquée au pistolet avec projection de fils coupés (renforts de tissus de verre placés judicieusement).Planche de bord. (Résine + Mat de verre).
L'outillage pour la réalisation des soubassements. Cisaille, pileuse et pince à souder ARO (industrie).L'assemblage des châssis s'effectue sur un marbre Célette, à l'aide de montages spécialement adaptés.
Vue d'un châssis.Montage pour assemblage de la carrosserie et du soubassement.
Détail de l'assemblage soubassement carrosserie, ici partie avant.Détail de l'assemblage soubassement carrosserie, ici partie arrière.
Carrosserie sous apprêt polyester.Finition, polissage de la carrosserie après peinture.
Vue du moteur "1000 Rallye 2" filtre à air réalisé en plastique armé et pipe d'admission CG.Habitacle.



Vue générale des ateliers


Matra M 530
(Société Matra-Sports, 1970)



Fondée en 1964, la Société MATRA-SPORTS a tout d'abord continué la production, pour sa clientèle, du JET.
Très rapidement, à la suite d'une étude de marché plus approfondie, il s'est révélé la nécessité d'étudier une toute nouvelle voiture, avec un cahier des charges très précis correspondant aux besoins de la clientèle visée.
Ce programme définissait une voiture 2 + 2 découvrable, dépassant 170 km/h et utilisant sans gonflage une mécanique provenant d'une voiture de grande série.
Bien entendu, sur le plan sécurité et tenue de route, la voiture devait être à la pointe de la technique.
C'est l'histoire de cette création, le pourquoi et le comment de cette réalisation, que nous allons nous efforcer de vous exposer dans les pages qui viennent.

M 530, sa production

Mars 1967, Salon de Genève. La 530 est présentée au public. Les journalistes spécialisés qui l'ont essayée en "preview" ne tarissent pas d'éloge sur sa tenue de route, son confort, la précision de la direction, la douceur du freinage. La nouvelle grille des vitesses a surpris certains. Les jugements sont partagés pour la ligne les uns critiquent, d'autres approuvent. Une chose est certaine la voiture ne passera pas inaperçue.
La 530 comporte de nombreux "gadgets" : phares éclipsables, volant réglable, toit démontable en deux parties, tout ceci fait le régal des photographes qui mitraillent la voiture sous tous ses angles.
Tandis que la 530 prend son essor, le JET termine sa carrière. La production cessera en juillet 1968. Si le JET avait eu des utilisateurs célèbres GAGARINE, le roi HUSSEIN, la 530 séduisait Mireille DARC, Dany CARREL, Maurice BIRAUD, Georges CHELON.
Deux ans après sa naissance, au printemps 1969, la 530 subissait une refonte importante. Un moteur plus puissant, une boîte de vitesses mieux étagée sont montés dans la nouvelle usine de Romorantin où la voiture est désormais assemblée. Cette usine est un modèle du genre. Des unités modernes y produisent les éléments en plastique de la carrosserie tandis qu'une peinture spéciale à base de résine est appliquée sur la voiture.
Aujourd'hui, la personnalité de la 530 est unanimement acceptée, même par ses détracteurs des premiers jours. Tout le monde est d'accord pour reconnaître que l'on effectue à son bord des moyennes stupéfiantes sans presque s'en rendre compte ; en toute sécurité, confortablement et... économiquement.


MATRA et le PLASTIQUE

Chacun sait que la carrosserie d'une voiture est généralement réalisée à partir d'une feuille mince de tôle à qui l'on donne une forme appropriée par emboutissage. MATRA a traité le problème différemment en moulant ces éléments de carrosserie avec un mélange de résine et de fibre de verre qui durcit par polymérisation à haute température.
MATRA n'a pas la prétention d'être le seul constructeur à utiliser le plastique pour la réalisation de carrosserie construite en petite série, mais ce constructeur a cherché à utiliser ce matériau dans les meilleures conditions tant au point de vue prix de revient qu'au point de vue facilité de réparation.
La carrosserie de la M 530, en effet, est constituée d'éléments de faible surface assemblés par simple boulonnage sur une plate-forme autoporteuse, suffisamment résistante, construite en tôle pliée et soudée. En cas d'accident ces éléments sont facilement interchangeables sans nécessiter une reprise complète de la carrosserie. En cas de choc très léger, des réparations superficielles permettent de faire disparaître les rayures dues au contact avec un autre véhicule. Par exemple, une portière légèrement enfoncée revient d'elle-même par élasticité à sa position originale là où la tôle conserve une bosse.
Le mélange des composants du plastique pour ces éléments de taille restreinte s'effectue selon une technique toute particulière mise au point par MATRA. La résine et la fibre de verre sont projetées simultanément dans le moule. Après évacuation des bulles d'air, le mélange est porté en température pour activer la polymérisation.
Cette technique donne des éléments absolument stables et leur fabrication nécessite une part de main-d'oeuvre extrêmement faible en comparaison avec la méthode traditionnelle consistant à imprégner du tissu de verre dans une couche de résine, généralement à l'aide de pinceaux.
Pour la résine, MATRA a choisi l'Epoxy qui présente plusieurs avantages par rapport au polyester, notamment sa dureté superficielle et sa résistance aux températures. En effet, la voiture une fois finie est couverte d'une couche de laque plastique passée elle aussi en atmosphère chaude afin d'en assurer le durcissement et le mariage intime avec une couche sous-jacente.
Le brillant de la peinture des MATRA a été remarqué de tous et la dureté superficielle de cette peinture lui permet de résister dans de très bonnes conditions à l'abrasion due aux agents atmosphériques qui, sur d'autres produits, entraîne progressivement l'apparition de zones mates qu'il faut repolir pour retrouver un brillant acceptable.
D'une façon générale, on peut dire que ce problème de la carrosserie plastique a été traité en tenant compte des dernières techniques, mises au point par les chimistes spécialisés, en les améliorant au besoin et, surtout, en les adaptant au cas particulier de la carrosserie automobile en séries moyennes.
Au premier stade de la conception, une maquette en plâtre grandeur nature est réalisée. Les stylistes dessinent la forme exacte de la carrosserie.La maquette en plâtre va servir au moulage de la première voiture. On voit qu'à ce stade, les découpes des portières et des ailes ne sont pas encore déterminées.
Pour obtenir la première carrosserie à partir de la maquette en plâtre, une empreinte est réalisée en fibre de verre. On voit, au centre du document, le joint de séparation des deux coquilles.Alors que les voitures définitives seront réalisées à partir d'"Epoxy" de fibre de verre coupée, la première maquette est faite selon un mode plus traditionnel, avec toile de verre et résine.
Petit à petit, les éléments du premier prototype sont assemblés et les découpes des pièces finales sont déterminées de manière précise. Par exemple, l'ouverture des phares.Après le démoulage des premiers éléments, ceux-ci sont assemblés sur un soubassement fictif et le premier prototype commence à prendre forme.


Avant de projeter la résine et la fibre de verre, le moule est enduit d'une couche de gel-coat.Dans ce moule un spécialiste projette, à l'aide d'un pistolet très étudié, un mélange intime de résine et de fibre de verre.
Les pièces de carrosserie sortent du four après polymérisation. Elles vont être conduites vers le démoulage.Les sous-ensembles de la carrosserie sont obtenus par collage d'éléments simples, réalisé ici à l'aide d'un outillage qui positionne diverses pièces à assembler.
Le détourage des éléments de carrosserie est fait individuellement sur chaque pièce avant collage.


Le soubassement, qui a reçu un certain nombre de pièces mécaniques, descend sur l'ensemble moteur qui vient d'être terminé.Sur la ligne d'assemblage final, on procède à la fixation des panneaux de tout d'une voiture en cours de montage.
Successivement, les différents panneaux de plastique ont été montés sur le soubassement de la 530. La voiture est maintenant prête à passer au tunnel de peinture.Dans le tunnel de peinture, chaque voiture reçoit une couche d'un composé plastique coloré qui s'accroche de manière indestructible à la base de résine des éléments de carrosserie. La polymérisation va s'effectuer au stade suivant, dans un tunnel à haute température.
Le montage terminal des accessoires s'effectue dans l'un des halls de l'usine de Romorantin, un fois la voiture peinte.Chaque voiture terminée est soumise à un essai routier, puis à un test d'étanchéité où des jets d'eau sous pression arrosent la voiture en toutes directions.



Les plastiques sur l'Alpine V6
(Renault, 10 1987)

Les concepteurs de ce coupé grand tourisme ont largement fait appel aux plastiques pour la structure de la caisse à partir d'éléments collés comme pour d'autres pièces de carrosserie. Le tout avec des résultats de rigidité et de résistance tout à fait performants.

Depuis sa création, la Société ALPINE, filiale du groupe RENAULT qui construit des véhicules de caractère sportif, utilise des plastiques, notamment les polyesters armés fibres de verre moulés à la main la Berlinette et l'Alpine A 310 furent ainsi réalisées.
Les nouvelles Alpine V6 GT et V6 Turbo bénéficient également des possibilités de conception des plastiques, adaptés à la petite série.
L'Alpine V6 est un coupé grand tourisme deux portes de performances élevées, à moteur arrière V6 de 200 CV sur la version Turbo.
Elle utilise plus de 240 kg de plastiques divers dont la majeure partie est constituée de polyester armé fibre de verre pour la caisse, mais aussi de polyuréthane et de toute la gamme des thermoplastiques traditionnellement utilisés pour les équipements intérieurs. L'étude et le développement de ce nouveau concept ont été réalisés par le BEREX (filiale Etude de la Direction des véhicules Utilitaires et Petites Séries).

172 kgcaisse   70 kghabillages et équipement
 
125 kgpolyester basse pression + colle28 kgPVC thermogaine + mousse PU rigide renforcée verre
25 kgpolyuréthane20 kgABS thermoformé (12 kg) et ABS injecté (8 kg)
22 kgpré-imprégné SMC10 kgpolyéthylène roto moulé
6 kgsandwich polyester
7 kgdivers

Parentes et antériorité

La caisse originale de l'Alpine (coque polyester sur châssis poutre) a de lointaines ascendances.
Au lendemain de la première guerre mondiale, le marché automobile démarre en Europe et les idées fusent. Ceux qui veulent des conduites intérieures performantes pestent contre le poids des carrosseries aux lourdes armatures bois recouvertes de tôles non moins lourdes.
Un Américain fixé à Paris, Weyman, lance une conception nouvelle : les sièges sont fixés au châssis et on place, autour des passagers, une légère enveloppe faite d'une armature en lattes de bois tenues par des équerres. Le tout est recouvert d'une sorte de toile cirée, le pégamoïd.
Première application quelque peu curieuse d'une "peau" en matière plastique ! Le succès battra son plein entre 1920 et 1930, mais on reprochera à ces carrosseries leur fragilité et surtout le manque de choix dans les coloris. Leur teinte marron terne contrastait beaucoup trop avec les brillantes peintures cellulosiques, bien plus chatoyantes.
Quant à l'armature tube, en 1934 Chrysler lance une production, très moderne de ligne et de conception : l'Air Flow. La caisse comporte une armature en tube ; le tout fait corps par soudures. L 'ensemble a beaucoup d'allure, mais ces lignes très modernes choquent le classicisme US et l'Airflow n'a pas le succès escompté.
C'est aux USA que les "matières plastiques" font leur première (timide) apparition - juste avant-guerre - dans des fonctions décoratives. Elles permettaient d'obtenir des planches de bord de formes et de coloris qui nous semblent bien tristes aujourd'hui.
Mais les idées et les matériaux nouveaux étaient là et dès que les progrès techniques le permirent, l'Alpine se distinguait aux Mille Miles (1955) avec une caisse polyester sur armature.
En 1956, l'Etoile Filante (309 km/h), motorisée avec une turbine, avait elle aussi une ossature tube. On peut citer également, dans les années 60, la Lotus "Elite" qui possédait une carrosserie polyester dans laquelle était noyé le châssis multitubulaire.
C'est ainsi que l'Alpine V6 GT Turbo, en 1987, est l'héritière d'une longue expérience.

La structure tôle - plastique

Lorsque fût décidé le remplacement de l'Alpine A 310, les procédés de fabrication ont dû s'adapter au nouveau cahier des charges demandé, c'est-à-dire :
- produire 10 à 20 000 véhicules à la cadence de 10 à 20 véhicules par jour, en maintenant les surfaces et les effectifs de l'usine Alpine de Dieppe à leur niveau antérieur,
- industrialiser les fabrications en mettant en oeuvre un procédé moins dépendant de l'habilité de la main-d'oeuvre, qui garantisse de meilleures conditions de travail,
- fabriquer la nouvelle carrosserie à un coût moindre, en respectant un niveau d'investissements compatible avec la production envisagée,
- enfin, satisfaire aux nécessités techniques légales et de qualité, exigées pour toute structure automobile.
Pour toutes ces raisons, et notamment à cause des difficultés d'industrialisation, le moulage polyester au contact à la main fût éliminé. Trois solutions furent envisagées pour réaliser la coque du véhicule :
- une caisse tôle 100 %. Cette solution fût rapidement écartée pour ses investissements trop élevés
- une structure tôle apportant, pratiquement par elle-même, la majeure partie de la rigidité nécessaire et habillée de panneaux plastiques peu travaillant. C'est la conception de Espace. Cette structure tôle + peau plastique est intéressante car elle ne nécessite pas d'outillages coûteux, notamment pour les panneaux extérieurs de la carrosserie dont l'aspect de surface doit être excellent. Mais il subsistait encore un grand nombre de pièces tôle emboutie et l'amortissement à prévoir, compte tenu des objectifs de production, était encore trop important
- un châssis poutre et tubes lié à une caisse plastique participant notablement à la rigidité de l'ensemble. C'est le cas qui a été retenu pour l'Alpine.

La conception générale

La solution choisie repose sur une conception d'ordre plus général faire largement appel aux plastiques, en réservant à l'acier les fonctions pour lesquelles ses propriétés mécaniques sont bien commodes, c'est-à-dire :
- passage d'efforts importants et localisés tels que le support du groupe motopropulseur, les ancrages des bras de suspension, ressorts, ceinture de sécurité, les charnières de portes, etc.,
- absorption de la majeure partie de l'énergie lors des chocs destructifs, notamment le choc avant à 48 km/h, indispensable pour la sécurité.


Châssis acier de l'Alpine V6

Le châssis assure ces fonctions. Pour minimiser les investissements, des tôles pliées, des profilés ou des tubes ont été utilisés chaque fois que possible, en particulier pour les arceaux de renforts placés dans les montants et les brancards.
Mais, pour que ce châssis assure à lui seul le niveau de rigidité torsionnelle indispensable, aurait fallu augmenter considérablement la dimension de la poutre centrale et des bavolets, réduisant ainsi de manière inacceptable l'habitabilité et l'accessibilité du véhicule.
La carrosserie dans son ensemble participe donc à la rigidité de la caisse, ainsi, bien entendu, que tous les vitrages fixes qui sont collés et dont le rôle est important.
La solution du moulage à la main d'une car ayant été écartée, il fallait donc réaliser la structure plastique avec des pièces assemblées entre elles et sur le châssis, pour constituer la coque.
Cet assemblage structurel, était déterminant pour la sécurité et la fiabilité de l'ensemble, et seul le procédé de collage pouvait assurer la continuité et la répartition des efforts nécessaires. C'est cette conception de carrosserie collée qui constitue l'originalité de la nouvelle Alpine.


Eclaté des pièces constituant la coque nue

Mais, avant d'en arriver là, il fallait :
- choisir les matériaux et les procédés de fabrication des pièces plastiques les mieux adaptés au problème,
- vérifier (a validité de ce concept par un calcul intégrant les caractéristiques mécaniques des matériaux puis tester sur prototypes les résultats escomptés,
- définir le procédé de collage à utiliser et tester les performances escomptées,
- définir et mettre au point le processus industriel d'assemblage d'une coque collée.

Les procédés de fabrication des pièces plastiques

Les matériaux sophistiqués tels que les composites Epoxy, Le Nida, les fibres de carbone sont beaucoup trop coûteux et difficiles à mettre en oeuvre. Les polyesters armés fibre de verre offrent, par contre, avec des performances suffisantes, des possibilités d'industrialisation et des conditions économiques acceptables.
Le choix pouvait donc porter sur l'utilisation du SMC ou des polyesters moulés à la presse sous basse pression.
Le SMC présentait de bonnes propriétés mécaniques, des possibilités de conception intéressantes en utilisant des nervurages et des renforts locaux, et une finition réduite ne nécessitant pratiquement pas de détourage. Mais, pour un programme de petite série les investissements à prévoir sont lourds, les délais d'outillages assez longs, et les modifications peu aisées.
Se fut donc le procédé de moulage à la presse sous basse pression qui fut choisi pour les panneaux de carrosserie et les cloisons. Les SMC ont été réservés à des utilisations spécifiques là où leurs avantages mécaniques pouvaient être exploités.


Eléments amovibles et constituants de la carrosserie

Les données techniques concernant les pièces en stratifié polyester basse pression, sont rappelées ci-dessous :
- composite verre - résine d'épaisseur 2.5 mm en général,
- taux de verre 25 % en poids,
- module d'élasticité 7 000 MPa,
- résistance en flexion 160 MPa.
L'ensemble des pièces qui constituent le compartiment moteur est réalisé dans une qualité auto-extinguible pour améliorer la sécurité en cas de feu, et ceci sans perte sensible de résistance mécanique.
Un calcul par éléments finis de l'ensemble châssis plus structure centrale a permis de mettre en évidence les zones les plus sollicitées et, avec les hypothèses des matériaux retenus, de vérifier la validité du concept.
Pour rendre le calcul plus maniable, les joints de colle n'ont pas été modélisés. Compte tenu du module d'élasticité de la colle, ils ont une action négative sur la rigidité et, dans ces conditions, la rigidité torsionnelle calculée s'est révélée optimiste d'environ 10 % par rapport à la réalité mesurée sur coque réelle.

Le collage

La colle utilisée depuis plusieurs années était une colle polyuréthane à deux composants, le "Terokal" de chez Teroson.
Un cahier des charges défini avec les services techniques ALPINE et le laboratoire RENAULT, a permis de mettre au point un produit spécifique bien adapté au problème. C'est une colle polyuréthane à deux composants, en mélange 50/50, dont les résistances mécaniques sont mentionnées dans le tableau A. La liaison à assurer est de type "joint épais" de 0,5 à 2 mm qui doit être capable d'absorber les écarts dimensionnels normaux d'une production de série automobile.

Cahier des charges colle Terokal 6323

Adhérencesur polyester sablé + primaire
sur tôle protégée par cataphorèse
Géométrie du jointlargeur: 15 mm +5 -0, épaisseur 0,5 à 2 mm
Résistance au cisaillementà + 20°C>= 5 MPa
à - 20°C>= 3,5 MPa
à +70°C>= 1,2 MPa
Résistance à la fatigue 106 cyclesà + 20°C>= 1,3MPa
à + 70°C>= 0,6 MPa
Polymérisable à froid
Polymérisable à chaudl7 mn à 60°C>= 1,2 MPa
Tenue à l'humidité
Apte à être peint
Bonne tixothropie

Une colle polyuréthane à deux composants est capable de polymériser à température ambiante. Mais cette polymérisation est accélérée par une élévation de la température. On peut ainsi obtenir une résistance de 1,2 MPa après 17 mn en chauffant le joint de colle à 60°C. Ceci permet une manipulation ou un transfert mécanisé des éléments collés. La fin de la polymérisation s'effectuera dans la chaîne de peinture.


Mise en place des spots de chauffage, destinés â accélérer la polymérisation des joints de colle polyuréthane.

La bonne tenue du joint collé dépend, bien entendu, de la préparation des surfaces à coller. Sur le polyester, cette préparation est effectuée par un sablage de ces zones, suivi de l'enduction d'un primaire d'accrochage. C'est un travail important et coûteux mais inévitable avec les colles polyuréthanes actuelles. En effet, des essais en laboratoire ont montré qu'il se produisait des défaillances erratiques, sur des séries d'échantillons identiques, collés sans sablage.
Les parties en tôle reçoivent, elles, un traitement classique anticorrosion phosphatation au zinc et cataphorèse, qui doit simplement être propre et avoir l'adhérence requise pour sa fonction anticorrosion.

La tenue en température

Elle a été contrôlée, en tenant compte des contraintes thermiques existant sur le véhicule.
Le module de traction de ce type de colle, qui est de l'ordre de 500 MPa après polymérisation complète, décroît progressivement en fonction de la température pour atteindre 100 MPa à 70°C.
Les taux de contraintes calculés dans la structure ont permis de retenir une température de 70°C comme limite d'utilisation.
En fait, ce problème de température a été résolu facilement car il y a finalement peu de cas où le joint collé est soumis, en utilisation, à une température voisine ou supérieure à 70°C et, d'autre part, parce qu'il a été aisé de traiter les zones difficiles en installant un écran thermique comme on le fait sur une caisse en tôle pour protéger la peinture et l'environnement.
Par ailleurs, en essais sur véhicule, aucune altération du lent collé attribuable à la température n'a été constatée, même en sollicitant au maximum le véhicule dans des conditions atmosphériques très sévères.

La résistance à la fatigue

Des essais en laboratoire ont montré que les assemblages collés avaient une bonne tenue en fatigue. La colle assure en effet une bonne relaxation des contraintes. Les ruptures s'observent par délaminage du support polyester.
Las essais sur caisse prototype ont été effectués sur banc d'endurance en torsion alternée et en choc. Ils se sont révélés particulièrement satisfaisants aucune faiblesse ni décollement des panneaux plastiques n'ont été constatés. La structure avait gardé toutes ses caractéristiques au bout des 50 000 cycles exigés. Devant ce bon résultat, l'essai a été poursuivi au-delà du cahier des charges, jusqu'à 60 000 cycles et en majorant de 20 % les efforts appliqués, toujours sans dégradation de la structure.
Ce type de carrosserie collée présente par ailleurs une particularité il s'agit d'une sorte de fluage réversible dû à la souplesse résiduelle de la colle. Ce fluage est mis en évidence en appliquant sur la caisse une torsion constante pendant plusieurs heures.
La figure suivante l'évolution, en fonction du temps, de la déformation d'une diagonale de l'encadrement de porte lorsque la caisse est soumise à un couple de torsion constant de 330 mkg, pendant 72 heures. La déformation augmente progressivement de 20 %, pour retrouver sa valeur d'origine environ 10 h après la suppression du couple de torsion.


Test de fluage sur caisse GTA.

Ce phénomène n'est évidemment pas perceptible lors de sollicitations réelles en utilisation du véhicule, elles sont de fréquence beaucoup plus élevée, mais il est assez inhabituel pour être signalé.
Le bilan de rigidité structurelle est satisfaisant. Le rôle joué par la caisse plastique et les vitrages est important et il s'agit bien d'une caisse plastique travaillante.

Rigidités torsionnelles caisse Europe

Châssis + structure + portes + glaces collées
55 000 mdaN/rad (960 m kg/°)
Châssis + structures collées + tubes renforts internes
34 000 mdaN/rad (600 mkg/°)
Châssis seul
12 000 mdaN/Rad (205 mkg/°)

Enfin, les essais d'endurance et de vieillissement sur véhicules roulants ont démontré un excellent comportement de la structure collée au vieillissement et à l'humidité à condition, bien entendu, que le collage soit bien réalisé au départ.

Les pièces en SMC

Il s'agit des planchers et de la traverse de bouclier arrière. Les planchers sont moulés en SMC à bas retrait.


Pièces en SMC.

Il n'y a pas d'exigence particulière sur l'aspect des pièces en question qui ont donc pu être moulées sous une pression moyenne afin de réduire la puissance de la presse.
Le schéma présenté montre bien l'utilisation qui a été faite des possibilités du SMC pour remplir diverses fonctions :
- en 1, la zone des pieds des passagers a été raidie par des nervures venant de moulage,
- en 2, en intégrant directement au moulage deux plaques de bois, on a constitué deux traverses caissonnées qui supportent les efforts transmis par les sièges et leurs occupants,
- en 3, la partie arrière, en forme, supporte directement les assises sièges arrière en mousse,
- en 4, une gouttière permet la localisation précise et protégée d'un câblage électrique.
Le plancher aurait pu être réalisé en tôle, avec raidisseurs et renforts appropriés sans être plus lourd. Toutefois, les outillages auraient été plus coûteux.


Poutre de bouclier arrière Europe

La traverse de bouclier arrière est une poutre collée sur la partie arrière de caisse qui reçoit un absorbeur de choc en mousse polyuréthane. Le pré-imprégné a, là aussi, été employé pour ses bonnes propriétés mécaniques.

Le processus industriel

Fabrication des pièces en stratifié basse pression

Le procédé de moulage à la presse sous basse pression des polyesters étant bien connu, il suffit de rappeler les paramètres techniques employés :
- les presses à grands plateaux sont indispensables pour mouler de grandes pièces aux formes complexes telle que l'aile arrière qui intègre de nombreuses fonctions, ou pour regrouper plusieurs pièces dans un même moule,
- les moules sont en composite "Epoxy" avec frette en acier et chauffés par circulation d'eau à 50°C. Pour certaines pièces difficiles, comme le capot avant, on utilise une matrice en fonte d'acier,
- le renfort de verre est constitué de deux mats à fils continus de 450 g/m2 chacun. Un gel-coat est utilisé pour les pièces extérieures,
- l'épandage de la résine se fait à moule ouvert.
Pour les très grandes pièces il faut tenir compte du retrait qui peut atteindre plusieurs millimètres, sur une aile arrière par exemple.
Ce problème peut être pris en compte dès la conception, mais des essais sur prototypes et des mises au point d'outillages sont nécessaires.
Par rapport au SMC, le procédé BP a un inconvénient majeur : il nécessite un détourage des pièces qui doit être effectué après démoulage. Cette opération, si elle est manuelle, entraîne des risques de non qualité, et des conditions de travail pénibles (bruit et poussières).
Au total, l'ensemble des pièces en stratifié basse pression utilisé sur le véhicule représente environ 110 kg de pièces finies, c'est-à-dire des dizaines de mètres à découper. C'est pourquoi les services techniques d'Alpine ont adopté le procédé de découpe par jet fluide à haute pression, 3 800 bars. Le jet d'eau suit le contour des pièces, guidé par un robot programmable qui a en mémoire l'ensemble des trajectoires nécessaires à la découpe des différentes pièces.
Cette installation, qui représente un investissement de 2,5 millions de francs, a considérablement amélioré la qualité et la précision des détourages ainsi que les conditions de travail de l'atelier, car toutes les poussières sont récupérées par le fluide et filtrées. Actuellement utilisé pour toutes les grandes pièces, ce procédé sera étendu à l'ensemble des pièces en polyester.


L'assemblage par collage

Pour effectuer cette opération, des sous-ensembles, tel le côté de caisse qui comprend quatre pièces, sont tout d'abord constitués sur des conformateurs d'assemblages disposés de chaque côté de la chaîne.


Positionnement des pièces sur conformateur d'assemblage.

Les pièces sont positionnées et maintenues par ventouses dans des empreintes en stratifié renforcé et munies de dispositifs de chauffage à l'huile, le long des lignes de collage.
Pour chaque assemblage, on effectue :
- le dépôt de la colle, extrudée à la machine, à travers une buse guidée manuellement,
- la mise en place de la deuxième pièce et le pressage en position par vérins pneumatiques ou systèmes de bridage mécaniques,
- la mise en place, s'il y a lieu, de renforts métalliques également collés.


Dépôt de colle â l'aide d'une buse guidée manuellement par un opérateur.
Gros plan sur un joint de colle déposé

Les surplus de colle sont enlevés quand la colle est encore souple.


Enlèvement de surplus de colle, et nettoyage de joints.

Après maintien en pression pendant environ 15 mm, la polymérisation de la colle, accélérée par le chauffage, est suffisante pour pouvoir "démouler" l'unit qui sera transféré vers un autre poste de pré-assemblage ou directement sur la chaîne d'assemblage.
La chaîne d'assemblage comporte six stations, où s'effectuera pas à pas la construction de la caisse.


Ligne d'assemblage de la caisse

L'opérateur dépose la colle sur le châssis qui est bridé par ses points de référence, ou sur l'unit, placé dans l'empreinte d'un conformateur de collage. Le mouvement d'accostage de chaque conformateur est commandé par l'opérateur et contrôlé par automate programmable.
La construction de la caisse se fait donc graduellement.


Schéma de montage de la caisse.

Après collage des sous-ensembles, la caisse se présente ainsi :
- bloc avant partie n° 1
- tablier partie n° 2
- planchers partie n° 3
- cloison arrière partie n° 4
Puis le poste le plus important effectue, en même temps, le collage des deux côtés de caisse déjà complètement équipés de leurs renforts.
L'arceau de sécurité arrière, un tube renfort sur l'avant du pavillon et le sous-ensemble traverse arrière, sont mis en place.
Le pavillon et la baie de pare-brise terminent l'assemblage des principales pièces de la structure.
Au total, une trentaine de conformateurs de collage desservis par dix machines à colle sont nécessaires et l'ensemble de la structure collée comprend alors :
- une quarantaine de pièces,
- 97 kg de pièces polyester,
- 20 kg de colle, soit environ 100 m de joint.
Le coût main d'oeuvre pour la fabrication de la caisse est de 18 heures dont environ 9 heures de temps de collage la cadence de sortie des véhicules est de une caisse toutes les 45 mn.
Avant l'entrée en peinture, les surfaces doivent être préparées et les jonctions de panneaux doivent être lissées.


Préparation des surfaces avant encollage.

Ceci ne présente pas de difficulté particulière pour toutes les jonctions qui seront masquées ultérieurement par une autre pièce extérieure, un vitrage ou un habillage intérieur par exemple.
Par contre, l'opération est beaucoup plus délicate pour une jonction située sur une surface extérieure laquée, surtout si on veut la rendre totalement invisible. La conception du découpage de la carrosserie doit limiter au maximum de telles jonctions. Sur l'Alpine, il y en a deux et une gamme de finition spécifique a du être mise au point a partir d'un mastic Epoxy pour assurer un assemblage invisible et durable sur ces jonctions.


Préparation d'une jonction.

Lorsque la caisse est terminée, elle reçoit ses éléments rapportés tels que les ailes avant, le capot avant, les portes.
Puis un mastic polyuréthane souple pulvérisé destiné à protéger les joints de colle de l'humidité est appliqué sur les joints du soubassement. Il assure également une fonction d'étanchéité supplémentaire, au cas où le raccordement local de deux cordons de colle n'aurait pas été bien fait.


Opération de polymérisation des joints de colle par chauffage.

La gamme de peinture est aussi adaptée à l'utilisation du polyester - apprêt et laque sont des polyuréthanes cuits à basse température (80 - 90°C).
L'utilisation de matériaux non métalliques pour la caisse pose un problème particulier : il s'agit de l'antiparasitage radio, et il reste beaucoup de travail à faire pour le résoudre industriellement.
Sur l'Alpine, on procède à une projection d'un dépôt métallique au pistolet sur toutes les parois du compartiment moteur.
De plus, un tricot métallique constitué de fils très fins, et mis à la masse, est incorporé directement au moulage dans le pavillon et le capot moteur. Cette deuxième méthode, plus satisfaisante, est étudiée actuellement pour l'étendre aux autres pièces.

Le contrôle et qualité des collages

Il existe des méthodes de contrôle non destructif des collages, telles que l'ultrason, la thermographie ou même l'holographie. Mais elles sont coûteuses, difficiles à intégrer le long d'une chaîne d'assemblage et, de toute façon, elles ne renseignent que sur la qualité géométrique du joint collé (épaisseurs et présence de bulles par exemple), et non sur sa résistance.
En effet, l'absence d'adhésion sans défaut géométrique n'est pas détectable.
Cela peut être plus grave car elle peut traduire une mauvaise préparation de surface ou un accostage trop tardif, alors que la colle était déjà "sèche" en surface. Dans ce cas, le défaut peut concerner une grande longueur de joint. L'étanchéité ou la tenue de la structure pourrait alors en être affectée.
Aussi, pour garantir la qualité du résultat final, une procédure de contrôle systématique des matériaux et du processus a été mise en place. Elle se décompose en plusieurs étapes :
- contrôle à chaque lot et archivage des résultats pour
- les résines polyester,
- les adjuvants,
- les fibres de verre,
- les deux composants de la colle ;
- sur les pièces plastiques, contrôle à 100 %
- du sablage,
- de la présence du primaire d'accrochage ;
- contrôle journalier des machines à colle,
- dosage,
- qualité du mélange,
- résistance sur éprouvette de collage ;
- plan d'entretien préventif des machines à colle
- régulation automatique, et avec alerte, de la température de collage
- contrôle du réglage des mannequins d'assemblage pour respecter l'épaisseur du joint collé
- automatisation du temps de maintien en pression des joints
- qualité de colle déposée par excès pour contrôler visuellement l'écrasement du joint.
Certaines lignes de collage ont, d'ailleurs, été classées "de sécurité" et font l'objet d'une spécification plus sévère quant à l'épaisseur maximale du joint de colle
- enfin, chaque poste d'assemblage est interconnecté à la machine à colle qui lui est affectée, au moyen d'une temporisation de sécurité.
Ainsi, si par suite d'incident le temps de dépose de la colle sur la pièce dépasse le "temps ouvert" prévu, une alerte est déclenchée et le mouvement d'accostage du mannequin devient impossible. L'opérateur doit alors nettoyer la pièce et recommencer l'opération de dépose du cordon ce colle.

Les contrôles, destructifs, cette fois, effectués par prélèvement d'units ou même de caisses complètes peuvent ainsi être limités au maximum.

Bilan et perspectives

Les résultats obtenus jusqu'à ce jour ont donné entière satisfaction, notamment en ce qui concerne :
- la tenue de la structure, son vieillissement en endurance et, bien sûr, à la corrosion,
- les coûts et les investissements restés adaptés à la quantité de véhicules à produire,
- la flexibilité du procédé qui permet d'adapter les pièces aux spécificités des différentes versions du véhicule direction à gauche, direction à droite et version américaine,
- l'amélioration des conditions de travail, notamment la découpe automatisée sous jet fluide,
- la géométrie de la caisse.

La technique permettra dans l'avenir de perfectionner certains points :
- amélioration de l'aspect de surface de la carrosserie des essais de résines sans retrait (low-profile), adaptés au procédé basse pression sont en cours pour les panneaux extérieurs de la carrosserie. Mais ils nécessitent probablement des progrès dans la conception des outillages car les températures de pic exothermique atteintes sont plus élevées. Par ailleurs, les caractéristiques mécaniques peuvent être altérées
- diminution des coûts en limitant les pertes de matière au moulage des pièces par une amélioration de la conception des moules et en diminuant la quantité de colle utilisée, peut-être par une automatisation du dépôt. En effet, le processus d'assemblage actuel est peu mécanisé, compte tenu de la petite série à réaliser. Mais, fonctionnellement, il est parfaitement possible d'automatiser certaines opérations comme, par exemple, la dépose de la colle qui pourrait être faite par un robot programmable, comme cela existe déjà. Outre un gain de temps, cela permettrait la suppression d'opérations coûteuses pour enlever les surplus de colle déposée et une économie de prix et de poids.

Les autres applications du plastique

Ces applications correspondent aux boucliers, ailes avant et façade avant, capot moteur.

Les plastiques dans la fonction pare-chocs

Les boucliers de ('Alpine respectent les standards reconnus en Europe et aux Etats-Unis, c'est-à-dire :
- pour l'Europe - chocs pendule à 4 km/h - sans dommage à la carrosserie.
- pour les Etats-Unis - chocs pendule et choc au mur à 8 km/h - sans dommage ni à la carrosserie, ni au pare-chocs lui-même.

Différents matériaux plastiques ont été utilisés pour assurer les fonctions demandées.
Ainsi, pour les boucliers de la version Europe :
A l'avant, une peau polyuréthane souple RIM assure en une seule pièce :
- l'aérodynamique avec spoiler inférieur intégré,
- l'entrée d'air de refroidissement et sa grille,
- le carénage inférieur.
Une poutre en stratifié moulé en basse pression remplit la fonction résistance au choc.
L'adaptabilité du procédé basse pression a permis de définir un type de matériau spécialement adapté supporter sans dommage un effort au choc de 800 kg. Pour cela, l'armature en fibres de verre a été renforcée par une nappe de fil continu orienté de type "Rovinap".
Deux butoirs alvéolaires en polyéthylène, placés derrière la poutre et s'appuyant sur les deux longerons du châssis, absorbent l'énergie du choc par déformation réversible.
A l'arrière, l'encombrement du moteur et de l'échappement ne permettait pas l'installation de deux longerons suffisamment résistants pour encaisser localement tous les efforts.
Une poutre en "C", faite en SMC, a donc été adjointe à la structure arrière et collée sur celle-ci pour renforcer la partie arrière de coque et diffuser les efforts.
La majeure partie de l'énergie mise en jeu au cours du choc à 4 km/h est dissipée par un absorbeur en mousse de polyuréthane sur toute la largeur du véhicule.
En jouant sur les caractéristiques de la mousse, en particulier le diagramme effort-enfoncement, et en prévoyant une course suffisante, il a été possible de limiter le niveau d'effort transmis à la structure.
La peau extérieure est en polyuréthane RIM.


En ce qui concerne la version USA, les énergies à absorber dans un choc au mur à 8 km/h sont huit fois plus importantes ; il faut donc s'appuyer sur un nouveau concept.
Le bouclier avant USA se décompose comme suit :
- une peau polyuréthane souple pour la forme extérieure mais a garde, par rapport à la carrosserie, a été portée à 90 mm,
- deux absorbeurs hydrauliques remplacent les absorbeurs plastiques,
- et la poutre 0e choc qui a été réalisée en SMC à très hautes propriétés mécaniques renforcé par des fils continus et des renforts unidirectionnels pré-imprégnés (RUP) placés dans les zones les plus sollicitées.
La mise en place précise de ces renforts a exigé une conception particulière du moule qui est muni de "gouttières".
Les performances de cette poutre sont très élevées, avec une résistance à la rupture supérieure à trois tonnes, une flèche de seulement 18 mm sous effort de deux tonnes pour un poids de seulement sept kilos, dont deux kilos de ferrures de liaison.
Cette possibilité d'adapter au mieux les caractéristiques du matériau et la géométrie des pièces au problème posé, constitue un des avantages appréciables des composites.
Par comparaison, dans le cas d'une poutre en acier le poids aurait été augmenté de 6 kg et la flexion sous choc réduite de 10 mm environ ; mais ce dernier avantage n'est pas exploitable car une poutre acier reste déformée localement après choc (phénomène d'indentation). D'autre part, les investissements auraient été plus élevés.

Pour le bouclier arrière USA, la poutre en SMC collée sur la caisse a dû être également renforcée.
Une pièce de fermeture, également en SMC et collée dans la poutre, caissonne la partie centrale située entre les longerons. L'absorbeur d'énergie en mousse polyuréthane a été grossi en fonction de la course disponible et du travail demandé.
Ainsi, tels qu'ils sont réalisés, les boucliers avant et arrière de l'Alpine version USA passent les exigences de la norme FMVSS 215 part 581.

Les pièces de carrosserie en polyuréthane R.R.I.M.

Un autre exemple d'utilisation des possibilités des polyuréthanes est donné par les ailes avant et la façade avant, réalisés en RIM renforcé de verre.
L'objectif était d'améliorer la protection de l'avant du véhicule aux petits chocs.
Mais l'emploi du PU a permis également d'autres avantages.
L'aile avant est monopièce : la gouttière de capot et la joue d'aile sont donc intégrées, car le RlM permet de mouler des contre-dépouilles.
La façade avant est également monopièce, avec intégration du logement de clignotant et de la gouttière.
L'utilisation de polyuréthane pour ce type de pièces de carrosserie présente donc des avantages indéniables. En revanche, leur souplesse impose des contraintes et des difficultés qui doivent être maîtrisées :
- certaines fixations peuvent entraîner des déformations si la pièce est montée sous contrainte,
- la pièce doit être fixée ou soutenue par une contre-forme pour la mise en peinture,
- enfin, des écarts dimensionnels entre pièces de plus ou moins un pour mille existent et il faut en tenir compte dans la méthode d'assemblage.
L'évolution va porter sur l'amélioration de la rigidité et de la résistance en température de ces matériaux tout en conservant leur bon comportement au choc. Des essais de nouvelles matières sont en cours et devraient donner de bons résultats.

Polyester basse pression

Les composites ont été utilisés également pour leurs possibilités de moulage de formes complexes comme c'est le cas pour le capot moteur.
Cette pièce intègre tout un réseau de conduits de ventilation soufflant de l'air frais sur le moteur.
La partie inférieure des conduits est formée par une pièce en polyester. La partie supérieure est formée par un composite insonorisant en feutre moulé avec sa moquette d'aspect et un tricot métallique pour l'antiparasitage.
L'ensemble est collé et présente une rigidité tout à fait satisfaisante.

Conclusion

L'emploi de matériaux de synthèse dans l'automobile offre donc des possibilités de conception intéressantes, y compris dans la structure, pourvu que l'on respecte plusieurs conditions.
En l'état actuel de la technique, les plastiques ne peuvent pas tout faire. Leurs propriétés sont spécifiques et il faut les utiliser comme telles. Il faut donc définir précisément le cahier des charges de la pièce ou de l'ensemble, avant tout choix de matériau ou de processus, et apprendre à exploiter leurs possibilités nouvelles comme à maîtriser (ou à contourner) les conséquences de leurs propriétés, telles que la flexibilité, le retrait, la tenue en température.
Pour cela, nos conceptions, nos méthodes de travail, nos processus industriels doivent, s'il le faut, être remis en cause, pour que l'ensemble matériau + design + processus aboutisse à un produit satisfaisant. C'est dans cet esprit qu'a été conçue l'industrialisation de l'Alpine.

Réparation du polyester stratifié


(source RTC et A.C.L. Rodéo, 1.1975)

PREPARATION OU TRAVAIL


Fig. 2. - Préparation de la déchirure. Fig. 3. - Galber et percer une tôle. Fig. 4. - Cirer et fixer sur l'aile.

Fente de l'aile (déchirure ou fissure fracturée)
Si l'on a accès "par derrière", il est bon, à l'aide d'une lime ou d'une ponceuse électrique, de poncer les bords de la fracture afin de les rendre propres et nets (faire un léger chanfrein en quelque sorte).
- Enlever toute trace d'insonorisant ou autre.
- Remettre en ligne les bords de la fracture.
- Découper un morceau de tôle de 0,6 ou 0,7 mm d'épaisseur de dimensions supérieures à celles de la fente.
- Cirer l'intérieur de la tôle à l'aide de cire à parquet.
- L'appliquer sur l'aile et lui donner le galbe convenable afin qu'elle "plaque" bien de partout.
- Percer quelques trous sur son pourtour et fixer la plaque à l'aide de vis de "3" genre "Parker".


Fig. 5. - Préparation du trou à colmater. Fig. 6. - Découpe, galbage et perçage d'une tôle. Fig. 7. - Masquage pour éviter les coutures.

Trou dans l'aile.
Tracer le pourtour du trou à boucher et découper une tôle correspondant au tracé. Comme dans le cas précédent, cirer la face interne de la tôle et la fixer sur l'aile par perçage et vissage.
Si l'on a récupéré le morceau de plastique emporté par le choc, essayer de le remettre à sa place, par l'intérieur, afin de boucher le trou au mieux.
Coller une bande autocollante à cheval sur la tôle et l'aile (on peut utiliser de la bande pour cachage). Inutile d'en placer dans le haut. Cette bande assure l'étanchéité de la tôle et évite les coulures lors des opérations suivantes.

PREPARATION DU TISSU DE VERRE

Découper dans un morceau de "mat" les pièces nécessaires à la réparation.
Pour la fracture (fente).
Découper 3 bandes ayant 2 centimètres de plus que la hauteur de la fente en question. Leur largeur sera de 4 centimètres pour la première (celle qui sera placée contre l'aile), de 6 centimètres pour la seconde et de 8 centimètres pour la troisième (et dernière).
Pour le trou.
Procéder comme ci-dessus en adaptant les dimensions des pièces de "mat" aux dimensions du trou (la plus grande étant plus petite que la tôle afin de se loger entre les pointes des vis de fixation). La plus petite pièce de "mat" devra se trouver contre la tôle. (Lorsque la réparation sera terminée, les dimensions progressives des 3 pièces de "mat" superposées atténueront la différence de niveau du pourtour.)

PREPARATION DE LA RESINE

Nota. - Il est déconseillé de travailler les résines polyester dans un local où la température est inférieure à 18°C.
Cette opération doit être faite au dernier moment, c'est-à-dire après la préparation des éléments et après la découpe des tissus de "mat".
L'utilisateur doit avoir à portée de main : 1 ou 2 pinceaux "queue de morue" (propres), de l'acétone ou du trichloréthylène (qui sont des solvants des résines polyester), une palette et des chiffons.

Verser dans un récipient de verre la quantité de résine estimée nécessaire à la réparation. Ajouter le durcisseur blanc et mélanger énergiquement le tout.
Si la température ambiante est basse, il faut augmenter le pourcentage de durcisseur et, par conséquent, le réduire si la température est élevée (sinon, dans ce dernier cas, la "prise" serait trop rapide).
A température moyenne (autour de 20° C) si l'on utilise, par exemple, 100 grammes de résine, il faut y ajouter 3 grammes de durcisseur. Dans ce cas, on dispose d'environ 10 minutes pour faire la préparation. La réparation une fois effectuée, le durcissement total demandera 1 heure et demie environ.
En durcissant, la réaction résine-durcisseur fait chauffer le mélange et la chaleur sera d'autant plus grande que l'on mettra plus de durcisseur.

PREPARATION ET MISE PLACE DES PIECES


Fig. 8, 9 et 10. - Application de la résine sur les 3 pièces de "mat" et la zone réparée par l'intérieur du panneau.

Sur une surface propre, présenter par rang de taille les 3 pièces de "mat", les enduire soigneusement de résine.
Toujours à l'aide d'un pinceau, garnir d'une couche de résine la surface interne de l'aile sur laquelle les pièces seront posées.
Présenter la plus petite pièce de "mat" (enduite de résine) à cheval sur le manche du pinceau, la coller à l'intérieur de l'aile, bien à sa place sur la fracture ou le trou (suivant le cas).
La pièce étant en place, bien la plaquer à l'aide du pinceau garni de résine. Appuyer sur le pinceau du centre de la pièce vers son pourtour afin de chasser les éventuelles bulles d'air. Prendre la pièce de "mat" de dimensions moyennes et la plaquer sur la petite pièce comme précédemment, la faire bien adhérer à l'aide du pinceau garni de résine. En faire autant pour la troisième et dernière pièce (la plus grande). Passer ensuite de la résine sur le tout en débordant du périmètre de la plus grande pièce.

Nota. - Dès que le travail est fini, nettoyer les pinceaux au solvant, sinon ils sont perdus.


Fig. 11, 12 et 13. - Après durcissement de la résine et démoulage des zones réparées, la fracture est consolidée, le trou colmaté.
Reste la finition habituelle : masticage, ponçage, peinture.

Attendre vingt minutes environ (suivant les proportions résine/durcisseur et la température ambiante). Observer le restant de résine non utilisée. Lorsque celle-ci sera dure, vous pourrez "démouler", c'est-à-dire dévisser les vis de maintien des tôles et retirer ces dernières.
La réparation est finie, la fracture est consolidée et le trou est bouché. Il est certain que l'aile est plutôt plus robuste maintenant, aux endroits réparés qu'ailleurs.
Finir le travail à l'aide de mastic afin de boucher les petites crevasses ou inégalités ainsi que les trous des vis ; attendre puis poncer et peindre comme d'habitude.

Pour le lustrage de la carrosserie, il est recommandé d'utiliser, par exemple, du produit "Abel" blanc.
Par contre, s'il s'agit d'atténuer des rayures, utiliser de l'"Abel" rouge.
Des rayures assez profondes peuvent disparaître après lustrage énergique car la matière plastique qui constitue la carrosserie de la "Rodéo", par exemple, est teintée dans la masse sur 0,5 mm de profondeur.

Nota. - Nous avons pris comme exemple pour la réparation décrite ci-dessus le cas d'une pièce accessible "par derrière". Si cette accessibilité est impossible, il faut procéder de la façon inverse, c'est-à-dire apposer les pièces sur l'extérieur de la pièce accidentée. Toutefois, afin de réduire la différence de niveau de la surépaisseur ainsi provoquée, il est recommandé d'augmenter sensiblement les dimensions des pièces de "mat" moyenne et grande (par rapport à la plus petite).