Les composites avancés sont-ils prêts pour la croissance ?

De nombreux designers industriels savent que les composites peuvent être utilisés pour améliorer les matériaux traditionnels comme le bois et le métal afin de créer des substituts plus légers mais plus solides. Les composites exceptionnellement résistants sont généralement caractérisés par des fibres à haute résistance matricées avec d’autres matériaux. Ces matériaux sont souvent appelés matériaux composites avancés (ACM) par rapport aux composites plus communément reconnus. Les composites avancés commencent à remplacer les composants métalliques dans de nombreuses applications, en particulier dans les produits à poids critique fabriqués dans l’industrie aérospatiale.

Le marché des matériaux composites avancés devrait enregistrer une croissance à un TCAC de plus de 6 % jusqu’en 2026, selon un récent rapport de Mordor Intelligence. La demande croissante de véhicules économes en carburant et légers fait partie des facteurs qui animent le marché ACM à l’échelle mondiale, en particulier dans les secteurs de l’aérospatiale et de la défense.

Les nouvelles innovations technologiques dans le secteur de l’énergie éolienne devraient constituer une opportunité pour le marché à l’avenir, avec le boîtier de batterie automobile et d’autres industries.

Importance croissante

Les matériaux composites avancés sont importants car ils ont des applications larges et éprouvées, dans les secteurs de l’aéronautique, de l’aérospatiale et des équipements sportifs. Plus précisément encore, les ACM sont très attractifs pour les pièces structurelles aéronautiques et aérospatiales. Des ACM ont été développés pour le programme de transport spatial avancé de la NASA, une protection blindée pour l’aviation de l’armée et la Federal Aviation Administration des États-Unis, et des arbres à haute température pour l’hélicoptère Comanche. De plus, les ACM ont une histoire de plusieurs décennies dans les industries aérospatiales militaires et gouvernementales.

« Ces systèmes de matériaux permettent des économies de poids qui se traduisent par des économies d’énergie et la réduction de CO2 nécessaires pour lutter contre le réchauffement climatique », a noté le Dr R. Byron Pipes, directeur exécutif de l’Indiana Manufacturing Institute, Purdue University. « En outre, l’électrification des systèmes de transport exige des véhicules plus efficaces et plus légers où une plus grande proportion du poids du système est attribuée à la technologie de batterie contemporaine. »

Contrairement aux matériaux métalliques, la conception et la technologie de fabrication des composites renforcés de fibres évoluent encore. Avec moins d’un siècle de développement, la technologie des composites continue d’évoluer avec un champ d’applications extraordinaire, des systèmes de défense aérospatiaux au transport aérien commercial tels que le Boeing 787 Dreamliner et l’Airbus A350, a expliqué Pipes.

Il a ajouté que la nature anisotrope des composites nécessite des optimisations avec des ordres de grandeur plus variables que les matériaux conventionnels. C’est également le cas pour la fabrication de composites où le large éventail de formes de matériaux, des préimprégnés à fibres continues aux textiles à fibres tissées en passant par les architectures tressées, offre à l’ingénieur une variété de méthodes de fabrication correspondantes.

Concevoir avec des composites

Les outils disponibles pour permettre la conception et la fabrication de composites évoluent. Ces outils sont les plus matures dans l’industrie aérospatiale, où la création, la conception, la simulation et la fabrication de composites sont utilisées ensemble depuis un certain temps.

« L’alignement étroit entre la conception et la simulation est particulièrement important car il permet aux concepteurs d’itérer virtuellement, en temps réel, comment le matériau « agira » dans des scénarios réels », a déclaré Pipes. « Ce concept de virtuel s’étend à l’ensemble du processus, du concept à la fabrication avec le numérique ou les « jumeaux virtuels ».

Le concept de « jumeau numérique » avec ingénierie basée sur les modèles offre la réalisation de « l’entreprise virtuelle » dans laquelle le « fil numérique » n’est jamais rompu et où tous les éléments de l’entreprise ont un accès simultané au produit en cours de développement.

Tendances futures

Comme mentionné précédemment, les industries de l’aérospatiale et de la défense sont en tête de la croissance du marché des ACM. L’utilisation de matériaux composites dans les avions de transport commercial est importante car la réduction du poids de la cellule permet une meilleure économie de carburant et, par conséquent, une baisse des coûts d’exploitation.

D’autres propriétés importantes des matériaux composites avancés incluent une résistance élevée, une rigidité, une résistivité thermique et chimique, une conductivité électrique et diverses autres propriétés thermiques et chimiques, etc., note le rapport Mordor Intelligence mentionné précédemment. Ces propriétés contribuent à élargir le champ d’utilisation des matériaux composites avancés dans l’aérospatiale, la défense et d’autres industries.

Par exemple, les ACM sont largement utilisés dans les applications de protection balistique, telles que les gilets pare-balles, les vêtements de protection, tels que les gants, les vêtements de protection pour motos et les guêtres de chasse. En outre, de nombreux pays se concentrent sur la croissance d’une industrie de défense nationale tout en fabriquant du matériel localement. Ces facteurs devraient stimuler la demande d’ACM tout au long de 2026.

Des outils de développement ACM dans ces marchés élargis – ainsi que dans les mondes existants de l’aérospatiale et de la défense – seront nécessaires. Les partenariats entre les organisations publiques et privées sont essentiels à de tels outils. Par exemple, Dr. Pipes est le leader du centre d’excellence de Dassault Systèmes 3DEXPERIENCE Education in Advanced Composites. L’objectif de ce partenariat est de créer un environnement d’apprentissage à plusieurs niveaux – de la recherche avancée dans la fabrication et la performance des composites avancés à l’engagement des étudiants à tous les niveaux nécessaires pour constituer la main-d’œuvre du futur pour l’industrie 4.0.