Pièces composites et fibre de carbone sur mesure

Le moulage composite consiste à associer des fibres (verre, carbone, aramide, lin) et une résine qui les fige dans la forme d'un moule. La pièce obtenue est légère, rigide, insensible à la corrosion et peut prendre des formes que la tôle ou l'usinage ne permettent pas. Encore faut-il choisir la bonne technologie de moulage, car elle décide à la fois de la performance mécanique, de l'aspect et du coût.

Les technologies, de la plus simple à la plus exigeante

Moulage au contact. Le stratifieur dépose à la main des couches de mat ou de tissu imprégnées de résine polyester, vinylester ou époxy, puis les débulle au rouleau. Peu d'outillage, grandes pièces possibles : coques, capots, bacs. En contrepartie, le taux de fibres reste modeste et l'épaisseur varie d'un endroit à l'autre. Seule la face moulée est lisse.

Infusion sous vide. Les tissus sont posés à sec dans le moule, recouverts d'une bâche étanche, puis la résine est aspirée par le vide. On obtient un stratifié plus dense, plus régulier et moins émissif en styrène. C'est le standard du nautisme moderne et de beaucoup de pièces industrielles de taille moyenne à grande.

RTM et RTM light. La résine est injectée entre un moule et un contre-moule fermés. Les deux faces sont propres, l'épaisseur est maîtrisée et la cadence monte. Le moule coûte plus cher : la technologie se justifie à partir de quelques centaines de pièces par an.

Préimprégnés et autoclave. Les tissus de carbone arrivent déjà imprégnés de résine époxy, stockés au froid. Après drapage, la pièce est mise sous vide puis cuite sous pression et en température dans un autoclave, ou en étuve pour les préimprégnés hors autoclave. C'est la voie du carbone structurel : aéronautique, sport automobile, drones, robotique. Taux de fibres élevé, porosité très faible, mais main-d'œuvre qualifiée et équipements coûteux.

Compression, enroulement filamentaire, pultrusion. Pour les grandes séries de pièces moulées en SMC, pour les tubes et réservoirs enroulés, pour les profilés constants tirés en continu. Ce sont des procédés de spécialistes, à cibler dès le départ si votre pièce s'y prête.

Verre ou carbone : la question du cahier des charges

La fibre de carbone n'est pas toujours la bonne réponse. Elle apporte une rigidité spécifique remarquable, mais elle coûte nettement plus cher que la fibre de verre, se montre plus sensible aux chocs et conduit l'électricité. Au contact de l'aluminium en milieu humide, elle provoque de la corrosion galvanique si l'on n'isole pas les deux matériaux. La fibre de verre reste le choix rationnel pour les capots, carénages, cuves et pièces d'habillage. Le carbone se justifie quand chaque gramme compte ou quand la rigidité pilote la conception.

Décrivez au fabricant la fonction de la pièce plutôt que la matière que vous imaginez. Un bon atelier proposera parfois un sandwich verre et mousse, plus économique qu'un monolithique carbone, pour une rigidité équivalente.

Ce que l'atelier doit savoir pour chiffrer

Une pièce composite se chiffre surtout à partir de trois éléments : le moule, les heures de drapage et la finition. Pour que le devis soit juste, transmettez :

• la géométrie en fichier STEP, avec la face qui doit être « belle » (la face moule) clairement indiquée ;
• les épaisseurs souhaitées ou les efforts à reprendre, si vous laissez le fabricant dimensionner le stratifié ;
• l'aspect : gelcoat teinté, carbone apparent verni, apprêt à peindre, état brut ;
• les reprises : détourage, perçages, inserts, collage de pièces rapportées ;
• les quantités : prototype, présérie, cadence annuelle ;
• l'environnement : température de service, exposition aux UV, contact avec des carburants ou des produits chimiques, tenue au feu.

Une fois ces éléments réunis, vous pouvez lancer une demande de devis auprès des ateliers composites : ils pourront chiffrer le moule et la pièce séparément, ce qui facilite la comparaison.

Où part l'argent

Les facteurs de coût d'une pièce en carbone ou en verre se répartissent ainsi :

• Le moule. Moule en résine sur modèle pour quelques tirages, moule composite pour une petite série, moule usiné en aluminium ou en acier pour l'autoclave ou le RTM. Plus la pièce est grande et précise, plus il pèse.
• Les fibres et la résine. Le préimprégné de carbone se paie cher et se périme : un lot doit être consommé dans sa durée de vie.
• Le drapage. Le nombre de plis, la complexité des formes et le respect des orientations font les heures.
• La cuisson. Un cycle d'autoclave immobilise l'équipement plusieurs heures ; l'atelier regroupe les pièces pour l'amortir.
• Le détourage et le contrôle. Le détourage se fait par usinage numérique, au jet d'eau ou à la main. Les pièces structurelles passent ensuite au contrôle non destructif, par ultrasons ou par tapotement.

Choisir le bon fabricant

Un atelier de stratification au contact n'est pas équipé pour livrer du carbone autoclave, et l'inverse est souvent vrai pour les grandes coques. Demandez les moyens concrets : taille de l'autoclave ou de l'étuve, salle de drapage climatisée, chambre froide pour les préimprégnés, centre d'usinage cinq axes pour le détourage. Pour l'aéronautique, vérifiez la certification EN 9100 et les qualifications de procédé exigées par votre client.

Vous trouverez des fabricants de pièces composites parmi les ateliers de plasturgie référencés, et un panorama des procédés sur la fiche métier plastique, caoutchouc et composite. Pour des pièces plastiques sans renfort fibré, voyez aussi notre page sur la fabrication de pièces plastiques sur mesure.