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L’OPTION ALUMINIUM: Légère, robuste et rentable

L’OPTION ALUMINIUM EUROPEAN ALUMINIUM ASSOCIATION �

Peugeot 307: 75 kg d’aluminiumOpel Vectra: 180 kg d’aluminium

Les pages qui suivent donnent un aperçu du large éventail d’avantages que présente l’utilisation de l’aluminium dans les transports. Elles expliquent, entre autres, comment l’aluminium permet de faire face à l’augmentation du prix des carburants, de la fiscalité et aux préoccupations croissantes en matière d’environnement et de sécurité routière.

UN SIECLE D’ALUMINIUM DANS LES TRANSPORTS

En 1903, les frères Wright écrivent une page de l’histoire de l’aviation en réalisant le premier vol mondial propulsé par un moteur allégé à l’aide de composants en aluminium. Aujourd’hui, l’aluminium joue un rôle essentiel dans l’industrie aéro-nautique. Il représente plus de 60% du poids structurel de l’Airbus A380, et jusqu’à 80% pour les appareils destinés aux courts et moyens courriers.

C’est dans les années 1920 que les applications marines de l’aluminium ont commencé à se répandre grâce à l’apparition de nouveaux alliages développés pour ce marché.

Aujourd’hui, 1000 navires à grande vitesse sont en service, dont la plupart ont une structure et une superstructure en aluminium. Les superstructures des bateaux de croisière sont généralement en alu-minium, et plus de la moitié des yachts de luxe ont des coques en aluminium.

Ces navires tirent pleinement profit de la légèreté et de la résistance de l’aluminium, ainsi que de sa tenue

à la corrosion, une propriété indis-pensable pour les environnements marins.

Dans les années 1980, l’aluminium devient le métal de prédilection pour réduire les coûts d’utilisation et améliorer l’accélération des métros, tramways, trains inter-urbains et trains à grande vitesse. En 1996, apparaît le TGV Duplex. Il permet de transporter 40% de passagers supplémentaires et pèse 12% de moins que la version à un seul étage, grâce à sa structure en aluminium. Aujourd’hui, des métros et des trams en aluminium sont en service dans la plupart des capitales européennes et des trains en aluminium sont utilisés dans toute l’Europe.

En 1899, une petite voiture de sport montée sur châssis en aluminium est exposée à l’exposition auto-mobile internationale de Berlin. En 1948, Land Rover commence à uti-liser des tôles en aluminium pour ses carrosseries.

Aujourd’hui, outre les célèbres voi-tures utilisant beaucoup d’aluminium, telles que l’Audi A8, de nombreux

véhicules contiennent des quan-tités importantes d’aluminium. En 2003, le volume moyen d’aluminium utilisé dans les voitures particulières s’élevait déjà à 122kg.

En 2005, une voiture sur quatre construite en Europe est dotée d’un capot en aluminium et près d’un tiers des voitures européennes sont déjà équipées de pare-chocs en aluminium.

Apparu dans les bus parisiens en 1910, l’aluminium est utilisé pour toute une série de pièces dans les véhicules industriels des années 1930. Les années 1950 voient la naissance des premières citernes, fourgons et bennes en aluminium. Aujourd’hui, la plupart des semi-remorques silo et citernes sont entièrement con-struites en aluminium. Ce dernier est aussi fréquemment utilisé pour les fourgons, les bennes, les fonds mouvants, et une multitude de com-posants. Si l’on considère la flotte européenne actuelle, l’aluminium permet d’économiser en moyenne 800kg par véhicule articulé.

INTRODUCTION

1910premières piècesd’aluminium dansles bus parisiens

années 30 années 50 1976 aujourd’hui


CHARGE UTILE ACCRUE + VALEUR RESIDUELLE PLUS ELEVEE = REVENUS SUPPLEMENTAIRESL’aluminium réduit le poids mort du véhicule. Pour les marchandises de haute densité, qui saturent générale-ment le poids total autorisé en charge (PTAC), les alliages en aluminium permettent de charger davantage de marchandises, ce qui se traduit par des revenus supplémentaires et/ou une compétitivité accrue.

En outre, les véhicules usagés en aluminium ont beaucoup de succès sur le marché de seconde, et même de troisième main, où ils sont géné-ralement vendus à très bon prix. Enfin, lorsqu’ils atteignent la fin de leur long service, ils conservent encore une valeur résiduelle élevée. Cette situation est due au fait que l’aluminium se recycle facilement, sans perdre ses qualités et en écono-misant 95% de l’énergie qui serait nécessaire pour son obtention à partir de minerai.

ECONOMIE DE CARBURANT + LONGUE VIE + ENTRETIEN REDUIT = REDUCTION DES COUTSUne étude menée par l’IFEU1 en coopération avec TU-Graz2 a abouti à la conclusion qu’une tonne écono-misée sur le poids total d’un véhicule articulé permettait de réaliser une économie de carburant de 0,6 litres /100 km.

Cette économie est réalisée lorsque le poids total du véhicule est inférieur au PTAC, c’est-à-dire en cas de transport de marchandises de faible densité, pour des déplacements à vide ou partiellement chargés.

La célèbre résistance de l’aluminium à la corrosion constitue un avantage

manifeste dans le transport routier: elle contribue à une longue durée de vie, en particulier dans les véhicules qui travaillent dans des conditions qui peuvent provoquer de graves problèmes de rouille.

Aucune peinture ou autre traitement de surface n’est requis et le nettoy-age est aisé. L’entretien est donc réduit au minimum.

LES AVANTAGES ECONOMIQUES DE L’ALUMINIUM

1 Institut für Energie und Umwelt Forschung, Heidelberg, Allemagne. 2 Université Technique de Graz, Autriche

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AUTRES AVANTAGESConformément au principe “utilisa-teur payeur”, un nombre croissant de pays introduisent des péages routiers qui augmentent le coût au kilomètre. Optimiser la charge utile en recourant à l’aluminium permet de répartir le coût du péage sur un tonnage plus élevé de marchandises.

Dans les pays où le péage routier ne s’applique qu’au dessus d’un PTAC déterminé, des “mini-semi- remorques” sont fabriquées avec une quantité importante d’aluminium. Ceci permet à l’opérateur de conserver une bonne charge utile tout en restant sous le PTAC où le péage s’appliquerait.

Bien qu’il soit impossible à quan-tifier, l’impact visuel éclatant de l’aluminium ne doit pas être négligé. Aux dires des opérateurs, il semble en effet que les chauf-feurs soient fiers de conduire de tels camions et qu’ils leur accord-ent en conséquence une bien meil-leure attention.

Enfin et surtout, l’aluminium con-tribue à l’ergonomie des véhicules. Les pièces mobiles qui sont manip-ulées lors de chaque livraison, telles que les ridelles et les portes, sont plus légères à déplacer lorsqu’elles sont en aluminium. Les conduc-teurs épargnent ainsi beaucoup d’efforts et le risque de blessure est réduit.


Les concepteurs disposent d’une grande variété d’alliages et de procédés de fabrication qui leur offrent des possibilités étendues. L’aluminium est l’un des métaux les plus faciles à mettre en œuvre et il peut être façonné à l’infini dans presque toutes les formes. Profilés, feuilles, tôles, pièces moulées et forgées ont tous leur place dans un véhicule. L’aluminium s’adapte aussi à de nombreuses techniques d’assemblage, ce qui confère encore plus de liberté aux concepteurs. La fabrication de composants et d’ensembles en aluminium recourt notamment au soudage, au riv-etage, au sertissage et au collage.

GRANDE SOUPLESSE DE CONCEPTION

AVANTAGES SOCIAUX ET ENVIRONNEMENTAUXL’ALUMINIUM EN COMPLEMENT AUX MOTEURS EURO IV & EURO VLes directives environnementales européennes applicables aux poids lourds remontent à 1988, alors que la première norme limitant les émissions d’oxydes d’azote (NOx) et de particules (PM) des moteurs diesel industriels est apparue au début des années 1990.

La norme EURO IV, obligatoire depuis le 1er octobre 2006, et le prochain standard EURO V, représentent une réduction sensible des émissions de NOx et de PM.

Cependant, elles imposent aussi de nouveaux processus de combustion et de nouvelles techniques de post-traitement des gaz d’échappement qui représentent une surcharge pondérale pouvant aller jusque 300 kg.

L’utilisation d’un plus grand nombre de composants en alu-minium permet au fabricant de compenser ce handicap. La charge utile peut donc être préservée et même augmentée.

L’ALUMINIUM REDUIT LES EMISSIONS DE CO2 Pour réduire les émissions, il ne suffit pas de développer des moteurs moins polluants, mais aussi de les utiliser de la manière la plus ration-nelle qui soit. Comme expliqué plus haut, gagner du poids avec l’aluminium est une bonne manière d’atteindre cet objectif.

L’aluminium contribue à réduire les émissions de CO

2 provenant du

transport routier comme suit:

• Pour les marchandises lourdes, il permet de transporter davantage de produits par voyage et amél-iore donc l’efficacité du transport. Dans ce cas, une tonne épargnée sur le poids mort d’un véhicule articulé permet d’économiser 1.500 litres de gazole3 sur 100.000 km.

• Pour les marchandises volu-mineuses, il réduit le poids total et la consommation de carburant au kilomètre. Dans ce cas, une tonne épargnée sur le poids mort d’un véhicule articulé permet d’économiser 600 litres de gazole4 sur 100.000 km

• Pour le transport de passagers, il réduit le poids total et la con-sommation de carburant. Une tonne économisée sur un bus urbain permet d’épargner entre 1700 et 1900 litres de gazole par 100.000 km.

Si l’on analyse l’ensemble du cycle de l’aluminium (production, exploi-tation du véhicule, recyclage), on obtient les résultats suivants5:

• Aujourd’hui, chaque kilogramme d’aluminium en service dans un véhicule articulé permet une économie moyenne de 28 kg de CO2

• Demain, chaque kg d’aluminium supplémentaire utilisé dans un véhicule articulé permettra, au minimum, d’économiser 20 kg de CO2

• 1kg d’aluminium dans un bus urbain permet généralement d’économiser 40 à 45 kg de CO2

3 Pour transporter la même quantité de marchandises sur la même distance, un véhicule standard aurait besoin de 3.800 véhicule-km supplémentaires, soit environ 1.500 litres de carburant.4 Energy savings by light-weighting for European articulated trucks - IFEU - Institüt für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH, 2005 5 CO

2 reduction potential of aluminium for articulated trucks - EAA - European Aluminium Association, 2005


Dans le cadre de son Programme d’action pour la sécurité routière, la Commission Européenne examine l’introduction de critères d’absorption d’énergie pour les poids lourds en cas d’accident. L’industrie de l’aluminium a déjà élaboré plusieurs solutions pour les secteurs de l’automobile et des chemins de fer et serait prête à relever ce défi pour les véhicules industriels.

Si l’on considère les modes de déformation que subissent les pièces de sécurité, les systèmes en aluminium permettent d’absorber sensiblement plus d’énergie par unité de poids que les systèmes traditionnels. Un allègement dépassant 40% est tout à fait réal-iste. Pour cette raison, l’aluminium est parfaitement adapté aux pare-chocs avant, arrière et latéraux.

Les éléments en aluminium peuvent également être utilisés pour amél-iorer le potentiel d’absorption d’énergie des systèmes anti-encastrement avant et arrière d’aujourd’hui, et pourraient aussi l’être demain pour doter les poids lourds de nez déformables.

Enfin et surtout, l’ajout de disposi-tifs de sécurité se traduit toujours par un poids supplémentaire, qui peut être compensé par le rem-placement de matériaux lourds par l’aluminium.

L’ALUMINIUM SE RECYCLE FACILEMENT ET ECONOMIQUEMENTContrairement aux véhicules tradi-tionnels qui sont exportés pour finir leur vie loin de l’Europe, les semi-remorques en aluminium passent généralement toute leur vie sur notre continent où ils sont finale-ment démontés et recyclés6. Vu la valeur élévée de l’aluminium, les sociétés de recyclage en sont fri-andes. Les véhicules en aluminium en fin de vie sont donc revendus à bon prix et ne finissent jamais en décharge.

L’aluminium recyclé ne perd aucune de ses qualités et épargne 95% de l’énergie qui serait nécessaire pour son obtention à partir de minerai. L’énergie requise pour produire l’aluminium primaire n’est donc pas perdue: elle est “stockée dans le métal”.

6 The fate of aluminium from end-of-life commercial vehicles - Université de Technologie de Troyes

L’ALUMINIUM CONTRIBUE A LA SECURITE ROUTIERE


RAPPORTS “RESISTANCE-POIDS” ET “RIGIDITE-POIDS” ELEVESLes alliages en aluminium utilisés dans les véhicules commerciaux ont un rapport résistance-poids et rigidité-poids comparable à la plupart des métaux de pointe tels que l’acier à haute limite élastique et le titane.

Ces propriétés, parmi de nombreuses autres, sont prises en compte lors de la conception d’un véhicule. Aucun allégement ne peut être obtenu avec l’aluminium si la conception est simplement copiée d’une solution acier.

Les conceptions optimisées pour l’aluminium sont basées sur des sections adaptées, des transitions douces et des assemblages intelligents qui permettent normalement d’économiser de 40 à 60% de poids par rapport à des matériaux concurrents lorsqu’ils sont conçus pour:

1) une résistance équivalente ou supérieure

2) une rigidité équivalente

3) une durée de vie équivalente.

Afin de se rapprocher de l’allégement obtenu avec l’aluminium, les matériaux concurrents sacrifient souvent un des trois critères précités de sorte que les comparaisons pondérales n’ont plus aucun sens.

Comparaison de poutres optimisées en légèreté, fabriquées avec 3 matériaux différents et selon 2 critères de conception7

Les calculs sont basés sur un design de poutre standard, le “double T”. Une optimisation plus poussée est cependant possible avec l’aluminium parce que:

• La modélisation par éléments finis permet une définition précise de la géométrie de section la plus favorable;• Ces sections, même lorqu’elles sont très complexes, peuvent aisément être produites avec le procédé

d’extrusion de l’aluminium.

LES FAITS QUI PARLENT

DEFINITIONS

matériau traditionnel

matériau à haute limite élastique

alliage d’aluminium

Limite élastique (MPa) 350 760 250

module d’élasticité (MPa) 210000 210000 70000

densité (kg/m³) 7800 7800 2700

A RESISTANCE EGALE


matériau à haute limite

élastique


résistance 1 = 1 = 1

rigidité 1 > 0,3 < 0,6

poids 1 > 0,7 > 0,4

hauteur de section 1 > 0,6 < 1,2

A RIGIDITE EGALE


matériau à haute limite

élastique


résistance 1 < 2,2 > 1,5

rigidité 1 = 1 = 1

poids 1 = 1 > 0,6

hauteur de section 1 = 1 < 1,4

7 Calcul basé sur une modélisation par éléments finis. Les résultats sont des valeurs typiques et ne sont pas contractuels.


L’ALUMINIUM EST FACILE A REPARERPeu de gens savent que, depuis 1948, les Land Rover ont une car-rosserie en aluminium, et qu’au cours des 50 dernières années, personne ne s’est jamais plaint de problèmes de réparation. Ceci illustre le fait que la réparation est possible, mais les techniques de réparation de l’aluminium sont fort différentes de celles de l’acier. Les principaux constructeurs de châssis ont créé un réseau européen de concessionnaires qui propose un service de réparation efficace.

L’ALUMINIUM EST UN MATERIAU NON COMBUSTIBLE Dans les conditions atmos-phériques, l’aluminium et ses alliages sont totalement non com-bustibles et ne contribuent pas à la propagation du feu. Cependant, les alliages en aluminium fondent à quelque 650°C, sans dégager de gaz nocifs.

RESISTANCE A LA CORROSION Correctement utilisés, les alliages en aluminium sont conçus pour offrir une résistance optimale à la corro-sion dans tous les environnements. Un seul exemple: l’utilisation très répandue d’aluminium non peint dans les applications marines.

GRANDE STABILITEAtteindre la Classe A9 de stabilité au bennage selon les critères de l’IRTE8 n’est pas un problème pour un châssis en aluminium, comme l’ont confirmé les tests effectués en Angleterre au cours de l’été 2002.

En effet, un véhicule tout- aluminium, sensiblement plus léger que les autres, a réussi le test IRTE Classe A à 44 tonnes avec son châssis standard, rappelant ainsi à chacun qu’un design approprié allie légèreté et rigidité.

DURABILITE ELEVEECertains opérateurs craignent encore les problèmes liés aux châssis de semi-remorques en aluminium dans des conditions d’utilisation sévères, mais ils devraient savoir que la durée de vie n’est pas fonction du matériau si le véhicule est correctement conçu.

Les constructeurs expérimentés optimisent la conception en fonction du matériau utilisé et sont capables de produire des châssis en aluminium offrant une durée de vie équivalente ou plus longue mais à un poids sensible-ment inférieur à celui de modèles conventionnels.

Il est également important de souligner que les véhicules en aluminium opèrent dans des segments de transport où les facteurs de charge sont les plus élevés (vrac solide et liquide, travaux publics, etc.). En d’autres termes, ils sont utilisés de manière beaucoup plus intense que les véhicules conventionnels et ce fait est pris en compte dans la conception des véhicules en aluminium.

8 Institute of Road Transport Engineers, UK. 9 La Classe A indique qu’un véhicule dont la benne est pleinement chargée et levée peut se pencher latéralement de 7° sans se renverser..


• Augmentation des recettes• Réduction des émissions

polluantes• Réduction de la consommation

d’énergie• Complètement non toxique

• Robuste• Léger• Résistant à la corrosion• Facile à réparer• Facile à manipuler• Souplesse de conception

• Recyclable• Sûr• Soudable• Cote élevée à la casse

RESUME

Composants pour tracteurs & camions rigides

• cabine & portes: -200kg • châssis: -350kg • pièces moteur et transmission:

-125kg• pièces de suspension: -110kg

Superstructures complètes

• fourgon rigide: 90m2 = -800kg • benne: -800 à -2000kg • citerne hydrocarbures:

43000l = -1100kg• fonds mouvant • silo

Composants pour superstructures

• coulisses pour bâches: 2x13.5m = -100kg

• face avant: -85kg • porte arrière: -85kg • ridelles: 600mm = -240kg • ranchers: 10x600mm= -50kg • plancher pour véhicule frigorifique

Pièces de sécurité

• pare-choc avant: -15kg • pare-choc arrière: -15kg • pare-chocs latéraux: -20kg • systèmes anti-encastrement

avant et arrière

Structures de semi-remorques

• châssis: 13.5m = -700kg • châssis: 6m = -300kg • châssis+plancher: 13,5m =

-1100kg• béquilles: -35kg

Accessories

• bouteilles d’air comprimé: 6x60l = -54kg

• réservoir à carburant: 600l = -35kg

• boîte à outils: -15kg • hayon élévateur: -150kg • roues: 14 jantes = -300kg

Les principaux avantages de l’aluminium:

APPLICATIONS DE L’ALUMINIUM & ALLEGEMENTS:QUELQUES EXEMPLES…

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CREDITS PHOTOS

Revision 0, Février 2007

Page ..........Nom ...................................................................................... Source2.................Airbus 380 ............................................................................. Airbus2.................Catamaran UAI 50 ................................................................. Babcock2.................TGV Duplex ............................................................................ Alstom-SNCF2.................Opel Vectra ............................................................................ Opel2.................Peugeot 307 .......................................................................... PSA4.................Semi-remorque à plate-forme en aluminium .......................... Benalu5.................Mini semi-remorque en aluminium ........................................ Fahrzeugbau Tang GmbH, Hilden5.................Roue en aluminium forgé ....................................................... Alcoa Wheel Products6.................Demi-produits en aluminium .................................................. Diverses7.................Module d’absorption d’impact pour camion .......................... European Aluminium Association7.................Benne en aluminium chez un recycleur .................................. European Aluminium Association9.................Test de stabilité avec remorque basculante en aluminium ..... STAS9.................Réparation de semi-remorques .............................................. Benalu10 ...............Applications pour camions en aluminium............................... European Aluminium Association

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Avenue de B roquev i l l e, 12 BE - 1150 B ru s se l s - Be lg i um Te l : +32 2 775 63 63Fax : +32 2 779 05 31 Ema i l : eaa@eaa .beS i t e Web : www.a lum in ium.o rg

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