Faire le choix de fibres durables pour les matériaux composites

Évaluation de l’impact environnemental des différentes fibres composites et de leurs équivalents

L’empreinte carbone des produits est l’un des principaux paramètres permettant de juger de leur durabilité. Son calcul est toutefois complexe, étant donné l’impact du nombre de composants à intégrer, de la chaîne d’approvisionnement, de l’expédition et de la consommation d’énergie aux différentes phases.

Cela s’applique à tous les matériaux, pas seulement les composites. Il faut donc se concentrer sur le contrôle des phases de production de résines et de fabrication de profilés pour évaluer l’impact environnemental propre à la fabrication des fibres de renfort.

Il est également utile de comparer les méthodes de fabrication des matériaux composites à celles des matériaux qu’elles remplacent. Des techniques telles que la pultrusion et le pull-winding sont moins énergivores que la production d’équivalents en métal. Par exemple, l’aluminium, le matériau le plus proche, consomme 190-230 mJ d’énergie pour extraire et produire 1 kg, contre 13-54 mJ kg^-1 pour la fibre de verre.

Cela reste vrai malgré les températures de 1 400 à 1 500°C requises pour faire fondre le verre, ce processus étant lui aussi énergivore. La fibre de verre est produite à l’échelle industrielle depuis près de 100 ans, ce qui a donné du temps aux fabricants et chercheurs pour perfectionner leurs techniques de production. La consommation d’énergie a été notamment réduite en récupérant la chaleur, en améliorant l’isolation et en optimisant la combustion.

La perspective d’une vie

La phase de fabrication est souvent la plus surveillée, notamment concernant les effets sur l’environnement des processus des fabricants d’origine (OEM). Toutefois, si nos produits doivent être réellement durables, ne faut-il pas prendre en compte l’ensemble de leur cycle de vie ? Les éoliennes, généralement fabriquées avec un polymère renforcé par des fibres de verre (GFRP) et de carbone (CF), fonctionnent de 20 à 25 ans. La résistance à la corrosion et la faible maintenance propres aux matériaux composites font que leur consommation en énergie et leurs coûts interviennent en amont. Néanmoins, les études des fabricants démontrent que l’amortissement énergétique se fait en moins de 12 mois pour une installation complète d’aérogénérateurs.

La phase de transport est elle aussi importante. Si la fabrication locale au plus près des clients réduit les distances d’expédition, il n’est pas possible d’éliminer totalement les émissions dues au transport des matériaux du fabricant à l’utilisateur final. La stratégie d’Exel pour l’optimisation de la chaîne de production consiste à assurer une production locale.

Une alternative naturelle

Les fibres naturelles sont relativement nouvelles pour la fabrication des matériaux composites. Une fibre naturelle se définit comme provenant d’une source cultivable : le chanvre, le lin et le bois peuvent tous être exploités. Selon le nova-Institute, l’empreinte carbone des fibres naturelles se situe entre 0,3 et 0,5 kg de CO₂ par kilo de fibre. Les propriétés mécaniques des composites à base de fibres sont différentes des autres, mais restent incroyablement fortes, rigides et légères par rapport à leur densité.

Le lin est disponible sous la forme d’un roving continu, préférable à la pultrusion. Les différents filaments sont suffisamment longs pour supporter la charge de traction propre à la fabrication industrielle. Leur utilisation et développement dans l’industrie, par exemple lors de la collaboration entre Volvo et Bcomp, un fournisseur de fibres de lin durables, font de cette fibre naturelle une solution légitime pour les fournisseurs de solutions composites.

L’intérêt et les investissements accrus des grandes industries, telles que l’automobile et l’énergie éolienne, permettront de réaliser des économies d’échelle.

L’objectif de durabilité et de neutralité carbone ne sera pas simple à atteindre pour l’industrie des matériaux composites. Si l’essor des fibres naturelles est bienvenu et débouche sur des progrès notables, les fibres de carbone et de verre conservent néanmoins de meilleures performances et leur processus de fabrication est davantage maîtrisé. Le calcul de la durée de vie est au centre de l’évaluation de la durabilité : comment le produit final affectera-t-il les émissions au cours de ses décennies d’utilisation ?