AMOR-HPE Ecoconception d'amortisseurs low tech pour véhicules intermédiaires
Programme : PERFECTO 2023 - Performance environnementale des produits, technologies et procédés en R&D dans une démarche d’écoconception
Mots-clés : Mobilité / Transport
Contexte : [Perfecto 2023, Axe 2] Soben est un équipementier automobile, militaire et aéronautique spécialisé dans les amortisseurs : www.soben.fr L’entreprise conçoit, développe, qualifie et produit des amortisseurs pour quatre grands domaines : Automobile : Soben fourni les grands constructeurs en prototypes (Renault, Peugeot – Citroën) et produisons en série pour des plus petits constructeurs (PGO, Navya…), Militaire : Soben est le fournisseur de tous les véhicules militaires français, Aéronautique : Soben produit des amortisseurs et des trains d’atterrissage pour des hélicoptères, des drones, des petits avions de tourismes (Airbus, Daher, Lilium, IAI, Ariane, Latécoère …), Génie civil : Soben fourni les amortisseurs pour les ponts à haubans (les grands câbles comme le pont de Normandie ou le viaduc de Millau). Sur l’ensemble de ces marchés, Soben réalise un chiffre d’affaires d’un peu plus de 2.5 millions d’euros. Le porteur de projet consacre chaque année plus de 20% de son chiffre d’affaires aux activités de R&D. Jusqu’à présent Soben n’a jamais été présent sur le marché du vélo car les constructeurs européens préféraient acheter des pièces standards produites en très grande majorité à Taïwan ou en Chine. Le porteur de projet a cependant déjà réalisé des amortisseurs pour des véhicules légers utilitaires. Depuis quelques mois, Soben est fortement sollicitée par les participants à l’eXtreme Défi (https://xd.ademe.fr/) mais aussi toute une communauté de particuliers et d’artisans qui se lancent dans la construction de vélos cargos et d’engins intermédiaires. Ces véhicules entrent dans une catégorie non encore complètement définie qui se situe entre le vélo et la voiture. Certains peuvent entrer dans les catégories des quadricycles légers. Pour illustrer il est possible de citer les vélo cargos à 2 roues, les tricycles, les quadricycles, les micros voitures électriques, les mini camions électriques. En travaillant avec eux autour de leurs projets, Soben a pu définir une certaine forme de standardisation qui permettrait avec 3 tailles d’amortisseurs de couvrir l’ensemble de leurs besoins. Les besoins pour ce type de véhicule sont assez particuliers car : Ils sont trop légers pour pouvoir être servis par des produits automobiles, Ils sont trop lourds pour correspondre aux standards des VTT, Ils sont soumis à de très fortes variations de charge qui modifient profondément le comportement du véhicule, Ils demandent une certaine robustesse pour résister dans des usages professionnels en ville, Ils demandent à être le plus léger possible pour ne pas pénaliser l’autonomie et l’effort à générer pour déplacer le véhicule. La multiplication des sollicitations que le porteur de projet reçoit sur ces sujets de véhicules intermédiaires s’explique par la transformation profonde que sont en train de vivre toutes les formes de transport dans les villes, mais aussi les campagnes. En effet, les demandes sont autant pour des véhicules urbains de logistique que pour des véhicules de transport de personnes à la campagne. Il faut noter une très grande spécialisation des véhicules qui s’adressent à une multitude de niches.
Description : A travers ce projet, Soben souhaite développer une gamme de suspension pour couvrir les besoins des véhicules intermédiaires. Dans ces produits Soben souhaite introduire plusieurs innovations : Utilisation de matériaux métalliques d’origine recyclée. Les amortisseurs de Soben sont habituellement en acier, mais une première étude a été menée pour transformer les processus de fabrication pour passer sur de l’aluminium (gain de poids et élément métallique le plus rependu sur terre). L’aluminium utilisé actuellement est neuf (origine minière directe). Or ce matériau est extrêmement complexe à produire. Il demande de très grandes quantités d’énergie (7 tonnes eqCO2 en France contre 20 tonnes eqCO2 en Chine), et de ressources notamment en eau. En utilisant de l’aluminium d’origine recyclée, l’économie d’énergie est de 95% par rapport à de l’aluminium primaire. Le porteur de projet a identifié un fournisseur d’aluminium recyclé en France. Utilisation d’huile alimentaire de récupération pour la génération de l’effort d’amortissement. Actuellement les huiles hydrauliques utilisées sont des huiles de synthèse d’origine pétrolière. Dans un amortisseur, l’huile est laminée à travers des petits orifices pour générer un effort résistant. Cette huile a des propriétés très particulières pour résister sur une plage de température de -40°C à + 200 °C, pour lubrifier les pièces métalliques, pour éviter les phénomènes destructeurs de cavitation. Or sur les véhicules intermédiaires, ces contraintes sont bien moins importantes. Ils roulent moins vite, ils ne sont pas utilisés dans des plages de température aussi extrêmes, les niveaux d’amortissement sont plus faibles. Aussi il est possible d’utiliser un fluide bien moins performant. Des essais préliminaires ont permis de valider que les huiles de fritures usagées, sont de parfaits candidats après filtration. Soben a identifié un fournisseur qui recycle les huiles alimentaires usagées dans son département. Utilisation de ressorts composites à base de fibre naturelle et de résine thermodurcissable. L’amortisseur va permettre de contrôler le mouvement de la roue par rapport au véhicule, mais il n’a aucune fonction dans la sustentation du véhicule. Pour cela il faut un ressort. Or les ressorts sont généralement des pièces en fil métallique (acier) qui représentent un poids important. Soben envisage de développer deux technologies de ressorts plus légers : · Ressort mécanique déformable où le fil d’acier est remplacé par une nouvelle architecture de pièces déformables réalisées en composite, · Ressort à air monté concentriquement au corps de l’amortisseur et dont la membrane extérieure est réalisée en composite. Soben a identifié plusieurs fournisseurs de matériaux composites avec des filières d’approvisionnement courtes. Compensation manuelle de la charge. La problématique en termes de dynamique du véhicule des véhicules intermédiaires vient du fait que le poids des passagers et/ou de la marchandise transportée n’est pas négligeable par rapport au poids du véhicule à vide. Contrairement à une voiture qui pèse 1 500 kg et qui transporte 1 à 2 humains de 75 kg, lorsque ces derniers montent dans la voiture, sa hauteur par rapport au sol évolue peu. Sur un véhicule intermédiaire, un seul colis transporté peut doubler le poids du véhicule ! Il est donc nécessaire d’apporter une solution pour maintenir une hauteur de véhicule acceptable pour ne pas le rendre dangereux à la conduite. Pour cela Soben envisage de transformer ses solutions de compensation de charge développées sur les véhicules militaires en des versions miniatures et actionnables à la main. Ainsi, de manière très simple, lors du chargement, le conducteur pourra ajuster la bonne hauteur de son véhicule avant de prendre la route. Tour cela sans consommer d’’énergie autre que manuelle. Ces innovations vont permettre de proposer une gamme de suspensions (amortisseur et ressort) parfaitement adaptée en taille, poids et fonctionnalités aux véhicules intermédiaires. Soben proposera un produit totalement cohérent avec ces nouveaux véhicules tant d’un point de vue technique qu’environnemental.
Objectifs et résultats attendus : Améliorer d’au moins 60% l’impact environnemental mesuré suivant une Analyse de Cycle de Vie. A l’heure actuelle le porteur de projet a estimé émettre entre 12 et 15 kg d’équivalent CO2 pour chaque amortisseur automobile produit. Cette estimation a été construite en comparant ses productions avec celles d’autres équipementiers automobiles et les quelques ACV disponibles sur des véhicules complets (6.7 T eq CO2 pour la production d’un véhicule complet). L’objectif pour Soben est de réduire cette part à moins de 2 kg pour les amortisseurs destinés aux véhicules intermédiaires (si ils étaient produits déjà aujourd’hui, ces amortisseurs pour les véhicules intermédiaire, ils seraient autour de 5 kg eq CO2). Cet objectif global guide les points suivants : Utiliser 100% de matériaux métalliques d’origine recyclée localement. Le porteur de projet n’est pas encore certain que l’aluminium recyclé puisse remplir totalement la fonction. Les caractéristiques mécaniques sont moins performantes que les aluminiums nobles utilisés actuellement et issu de l’aéronautique. Cependant en dimensionnant correctement les épaisseurs et en adaptant les formes des pièces, il est possible d’arriver à une solidité équivalente aux amortisseurs aciers. Il est tout de même nécessaire de réaliser des tests car les nuances d’aluminium sont différentes et les variabilités sur les caractéristiques semblent plus importantes. Le projet a donc un premier verrou technologique à lever autour des parties métalliques de l’amortisseur. Utiliser des huiles alimentaires végétales recyclées après filtration. Si les premiers tests ont été concluants, il est nécessaire d’aller beaucoup plus loin dans les analyses car les amortisseurs sont destinés à durer le plus longtemps possible. Même s’ils sont restaurables, c’est-à-dire qu’il est possible de changer l’huile et les pièces d’usure interne, il semble important qu’entre deux vidanges l’amortisseur puisse servir au moins 2 ans. Il est donc important de réaliser des travaux de caractérisation et de recherche d’additifs naturels pour favoriser l’anti-oxydation de l’huile, augmenter la lubrification des pièces métalliques en mouvement et éviter l’aération du fluide (modification de sa viscosité). Le projet a ici un verrou technologique à lever autour de la durée de vie des huiles alimentaires recyclées. Utiliser un ressort dont la structure élastique ou l’enveloppe sont réalisées en composite bio sourcé. Soben a imaginé plusieurs solutions. A priori, le projet ne partira pas sur le simple remplacement du fil métallique par un fil composite car cette solution pose de nombreux problèmes industriels. Le porteur de projet a imaginé une nouvelle géométrie de ressort adaptée aux propriétés des composites. Le verrou technologique à franchir est important car il faut aller vers des matériaux non isotropes qui vont être soumis à des contraintes mécaniques très élevées. Le travail autour des composites se fera en lien avec des entreprises locales (Occitanie et Nouvelle Aquitaine) et des universités (Institut Charles Gerhardt Montpellier et ESTIA- Compositadour) qui ont développé des compétences en composites bio sourcés. Soben a déjà travaillé avec ces entreprises par le passé sur des sujets composites pour le compte de clients communs. Améliorer la performance des véhicules intermédiaires. Les véhicules intermédiaires vont peser à vide entre 100 et 400 kg, ils vont pouvoir porter 100 à 1 000 kg. Aussi pour certains, en charge, ils vont voir leur poids tripler. Cela pose des problèmes de fonctionnement de toute la suspension car le véhicule va être au ras du sol en charge et haut perché lorsque le conducteur sera seul à bord. Les performances de confort et de sécurité s’en retrouveront fortement impactées. C’est le même phénomène que l’on retrouve sur les véhicules utilitaires classiques qui sont trop durs à vide et qui sautillent sur la moindre aspérité. Pour pallier à cela, Soben a développé il y a quelques années une solution à présent implantée sur de nombreux véhicules militaires. Grâce à ce système, il est possible de régler la garde au sol du véhicule en agissant sur le ressort. Ce système est piloté manuellement ou automatiquement depuis le tableau de bord. Dans le cadre des véhicules intermédiaire cette fonction ne doit ni alourdir le véhicule, ni pomper une part de l’énergie embarquée. Aussi le porteur de projet a imaginé un système qui s’actionne manuellement. Le verrou technologique à franchir ici concerne la miniaturisation, l’allègement et la génération de puissance manuelle. A l’issue du projet Soben souhaite avoir totalement définies et validées les trois familles de produits. Les résultats des travaux seront : Chaine d’approvisionnement en aluminium recyclé, huile alimentaire, matériaux composite opérationnelle avec des fournisseurs qualifiés et capacitaires pour les montées en cadence, Matériaux validés pour les corps d’amortisseur, les ressorts et les additifs naturels à adjoindre à l’huile alimentaire recyclée, Amortisseurs validés suivant le plan de validations issus de ce que Soben fait habituellement pour les grands constructeurs automobiles : caractérisation, endurance, fatigue, essais environnementaux, Restauration et recyclage avec la notice d’entretien, la disponibilité des pièces de rechange et les préconisations de recyclage des pièces non réparables. Ainsi Soben sera en mesure de proposer des suspensions pour les trois grandes tailles de véhicules intermédiaires. Il y aura des sous-ensembles standards (pièces élémentaires) qui seront assemblées en fonction des besoins de chacun des clients. En effet, pour ce type de véhicules ultra diversifiés il est quasiment impossible d’imposer des dimensions totalement standards. Soben aura trois grandes familles de pièces avec lesquelles les suspensions sur mesure seront construites pour les particuliers ou en petites séries (200 à 1 000 pièces) pour les constructeurs.
Bénéficiaire : SOBEN
Localisation : Cahors, Occitanie, FRANCE
Début : 04/09/2023 — Durée : 24 mois
Budget total : 370334.38 € — Aide ADEME : 181292 €
Statut : Suivi du projet