Fruit d’un partenariat en bioinnovation, un nouveau composant automobile durable voit le jour

Sous la houlette du professeur Mohini Sain de la faculté des sciences appliquées et de l’ingénierie, une équipe de recherche de la University of Toronto, en collaboration avec Ford Canada, a mis au point un composant de moteur prêt à l’emploi pour véhicules hautement performants à base de matériaux issus de sources durables.

Le carter de distribution en matériaux composites et en fibres de carbone pour moteur de 5,0 l réduit les émissions en permettant de remplacer les plastiques dérivés de combustibles fossiles par des éléments renouvelables pouvant être recyclés et en réduisant le poids du véhicule, ce qui favorise les économies de carburant.

Le nouveau composant est le fruit de cinq années de partenariat entre l’équipe du laboratoire de M. Sain et le Powertrain Research and Development Centre de Ford Canada dirigé par Jimi Tjong, le responsable technique de l’usine de moteurs d’Essex, située à Windsor, en Ontario, où travaillent plus de 20 ingénieurs d’études et des procédés.

Le partenariat a reçu le soutien du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et du Programme d’excellence en recherche du Fonds pour la recherche en Ontario.

« Je ne me contente pas de faire de la recherche. Je veux prendre part à l’ensemble du processus : de la recherche à la commercialisation », déclare M. Sain, professeur de génie mécanique et industriel. « Notre équipe commence par la recherche fondamentale, puis nous mettons les résultats obtenus en application : de la conception à la fabrication de produits prêts à l’emploi. »

« Nous consultons constamment les spécialistes du secteur lors de la phase d’étude pour favoriser les synergies et obtenir le meilleur rapport cout-performance. Le prix est une considération prépondérante dans notre processus d’innovation. »

M. Sain, qui dirige aussi le centre de traitement des biocomposites et des biomatériaux de la University of Toronto, est un chercheur éminent spécialisé dans les matériaux de pointe sobres en carbone et dans la biofabrication durable.

Depuis longtemps déjà, il collabore avec des partenaires du secteur pour créer des produits et des procédés de fabrication de pointe sobres ou neutres en carbone, ou encore à bilan carbone négatif, pouvant contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre.

M. Sain a commencé par commercialiser des biocomposites destinés à être utilisés dans l’habitacle des véhicules Ford avant de se tourner vers les composants de la structure et du groupe motopropulseur. Le fait d’axer la recherche sur ces composants pourraient générer des retombées encore plus importantes du fait qu’ils comptent parmi les pièces les plus lourdes d’un véhicule.

Le carter de distribution, qui sert à protéger le système de distribution dans le moteur d’un véhicule, est généralement fabriqué à partir de métaux comme l’aluminium ou de plastiques dérivés de combustibles fossiles.

Au contraire, le composant mis au point par M. Sain et son équipe est un composite multifonctionnel innovant qui allie des matériaux de synthèse carbonés issus de sources durables, des fibres de carbone recyclées dotées d’une structure en carbone ajustable reposant sur la chimie interfaciale ainsi que des polyamides de synthèse.

Selon M. Sain, il ne suffit pas de rendre un composant de moteur plus « vert » pour faire évoluer l’industrie. Le nouveau matériau doit être aussi performant – voire plus performant – que celui qu’il remplace.

« L’un des défis que nous devions relever était de mettre au point un composant capable de concurrencer le métal pour ses capacités de déformation, sa structure, sa résistance aux chocs, son aspect esthétique et sa stabilité à long terme. Le métal est cependant très lourd », explique-t-il.

« Nous voulions également bâtir une économie circulaire du carbone afin que notre composant à base de matériaux durables puisse être recyclé à la fin de sa durée de vie utile. »

Pendant des années, M. Sain et son équipe ont collaboré avec M. Tjong et les scientifiques de Ford pour mettre au point les caractéristiques mécaniques et la rhéologie des matériaux composites du nouveau composant. Ensemble, ils ont également élaboré le procédé de fabrication.

« Comme le matériau et le concept sont nouveaux, nous avons contribué à concevoir le moule et le procédé de fabrication », souligne M. Sain. « À chaque stade de développement, nous avons dû travailler en étroite collaboration avec l’équipe de Ford sur la définition des spécifications afin de permettre la mise sur le marché du produit. »

Grâce au produit final, le secteur automobile dispose désormais d’un nouveau matériau durable — mais ce n’est pas tout : le composant pèse trois kilogrammes de moins que les précédents modèles, et il présente un aspect profilé et des propriétés indispensables pour réduire les émissions et accroître la supériorité des véhicules de course en matière de performance.

En novembre dernier, le carter de distribution en matériaux composites et en fibres de carbone pour moteur de 5,0 l de Ford a été exposé au salon 2021 de la SEMA à Las Vegas et a reçu le Global Media Award, prix décerné par les principales publications du secteur automobile.

M. Sain espère que la mise au point du nouveau carter de distribution servira de validation de principe et favorisera l’adoption de composites sobres en carbone dans les véhicules électriques.

« Ce nouveau composant et son procédé de fabrication seront tout particulièrement utiles pour la production de blocs-batteries et de piles à combustible à structure légère, qui pourront offrir des capacités supplémentaires, comme le blindage contre les interférences électromagnétiques », explique-t-il.

« Si nous voulons atteindre la carboneutralité, nous devons mettre au point des procédés plus écoénergétiques qui permettent d’améliorer les propriétés des composants tout en réduisant l’utilisation de matériaux et de ressources. Il existe de formidables possibilités de réaliser des changements transformateurs. »

Le présent article a été adapté et republié avec l’autorisation de la  University of Toronto (en anglais seulement).

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