Article paru dans notre lettre d'information du 10 juin 2021

Ségula veut réduire la masse des câblages des véhicules

‘‘Le poids c’est l’ennemi de la performance’’ disait Colin Chapman, le fondateur de Lotus. Un adage que reprend l’ingénieriste Ségula Technologies, qui vient de présenter E-Tric Tracks, une technologie de tôle conductrices développée en collaboration avec ArcelorMittal, permettant de réduire d’au moins 20 % le poids des faisceaux électriques embarqués dans les voitures.

Démonstrateur E-Trick Tracks : portière de voiture dans laquelle les câbles ont été remplacés par des pistes conductrices sur la tôle. 
Doc : ©Ségula Technologies
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Le groupe d’ingénierie Ségula Technologies, outre ses activités de prestation d’études, veut aussi être force de proposition auprès de ses clients et prospects. C’est pourquoi il mène une veille technologique dans chacun des grands secteurs où il est présent (voir notre encadré). « C’est dans ce contexte qu’en 2016 nous avons lancé une étude interne pour voir comment on pouvait faire évoluer le câblage électrique des véhicules, afin notamment d’en réduire le poids », explique Isabelle Dupret, Directrice Recherche & Innovation au sein du département Automobile de Ségula Technologies.

Ségula Technologies en quelques chiffres

Ségula Technologies est un groupe d’ingénierie mondial, travaillant pour tous les grands secteurs industriels : automobile ; aéronautique ; énergie ; ferroviaire ; naval ; pharmacie et pétrochimie. Présent dans plus de 30 pays avec 140 implantations, le groupe emploie 10 000 collaborateurs allant des études jusqu’à l’industrialisation et la production.

Réduire le poids et le coût des câblages électriques

En effet, l’accroissement des équipements électriques et électroniques à bord des véhicules conduit aujourd’hui à embarquer des faisceaux électriques pesant en moyenne 40 à 50 kg, voire près d’une centaine de kilogrammes pour les véhicules très haute de gamme dotés de très nombreuses fonctionnalités. Et ce poids ne fait que croitre avec le temps, d’où l’intérêt pour trouver des solutions de rupture permettant d’enrayer cette fuite en avant. De plus, l’évolution du prix des matières premières, notamment du cuivre utilisé pour les fils électriques, renchérit sans cesse le prix des faisceaux électriques. Enfin, le montage dans le véhicule des faisceaux électriques, éléments souples par nature, est long et se fait manuellement. D’où un impact non négligeable sur les coûts de production.

Démonstrateur E-Tric Tracks : Zoom sur les circuits imprimés sur la tôle 
Doc : ©Ségula Technologies
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Parallèlement ArcelorMittal, qui fournit les constructeurs automobiles en tôles d’acier pour la construction de leurs véhicules, souhaitait augmenter la valeur ajoutée de ses produits. Les deux sociétés ont donc décidé de lancer une recherche conjointe. « L’idée est simple, apporter à la tôle des fonctionnalités de connectivité électrique, en plus du traditionnel retour de courant vers la batterie. C’est le projet E-Tric Tracks, une innovation de rupture, qui a mobilisé une dizaine de personnes sur plusieurs années et qui fait l’objet d’une demande de brevet international conjointe ».

Des pistes conductrices à la surface de la tôle

Pour cela, les deux partenaires ont travaillé sur le dépôt de pistes conductrices à la surface de la tôle. Ces pistes très fines, constituées de deux couches d’isolant enserrant une pate polymère chargée en particules métalliques, (épaisseur <100 µm, largeur <20 mm) sont déposées et cuites sur la tôle à plat au moment de sa mise en bobine, suivant l’implantation définie par le bureau d’études électricité et les services méthode du constructeur automobile. « En effet, il faut définir sur la tôle plane un cheminement de la piste garantissant à la fois la conservation de son intégrité électrique et de sa section lors de la phase d’emboutissage de la tôle. »

Cela a fait l’objet de multiples simulations notamment, avec les logiciels de simulation d’emboutissage d’AutoForm Engineering, pour mettre au point les dimensions du dépôt ainsi que la formulation de la pate conductrice, qui doit en plus résister aux bains de cataphorèse dans lesquels la caisse assemblée est plongée pour la protéger de la corrosion.

Cette phase du projet étant maintenant validée, il va falloir affiner la problématique de la connexion de ces pièces en tôle conductrice avec le faisceau principal de la voiture. « En effet, si cette technologie permet de supprimer la filerie par exemple dans une portière, comme c’est la cas sur notre démonstrateur où des pistes conductrices assurent l’alimentation électrique des moteurs du lève-vitre et du rétroviseur, ainsi que son éclairage, et l’alimentation des haut-parleurs, il faut pouvoir assurer la connexion de cet ouvrant avec la caisse du véhicule via des fils souples. C’est pourquoi nous travaillons avec des fabricants de connecteurs pour en assurer une liaison pérenne avec les pistes conductrices », explique Isabelle Dupret.

Mettre au point une idée novatrice

De même de nombreux essais seront encore nécessaires pour s’assurer de la tenue dans le temps de cette technologie, à la fois en termes de vieillissement, de résistance aux vibrations, aux chocs, aux agressions climatiques, etc. Et il va aussi falloir en évaluer les possibilités de réparation, ainsi que de recyclage en fin de vie.

« Néanmoins nous avons présenté ce projet lors de nos journées innovation et un certain nombre de participants se sont montrés intéressés pour envisager la réalisation de démonstrateurs sur certains de leurs produits », se félicite Isabelle Dupret.

Il faut dire que les gains annoncés sont séduisants. « Nos experts estiment que 50 % d’un faisceau de câbles pourrait en effet être remplacé par cette nouvelle technologie de tôles conductrices. Le gain moyen de poids serait alors de 20 %, ce qui se traduirait par une consommation de carburant moindre et une réduction des émissions de CO2. Cette technologie de surface permet aussi de réduire les volumes réservés aux faisceaux. Enfin, elle permet aussi de réduire le nombre de composants, donc les stocks et la durée des opérations de montage, ainsi que les espaces associés. Une vraie valeur ajoutée pour les constructeurs automobiles. »

Mais les constructeurs automobiles explorent aussi de leur côté de nouvelles technologies pour réduire le poids de leurs véhicules, tels les matériaux composites qui commencent à arriver en grande série. « C’est pourquoi nous explorons aussi d’autres voies telle le surmoulage de conducteurs dans des pièces composites », constate Isabelle Dupret.

Trouver le bon marché

Reste maintenant à savoir l’accueil que vont lui réserver les industriels car cela va imposer des évolutions de process chez eux. En effet, la tôle étant imprimée chez l’aciériste, chaque bobine est dédiée dès sa production à une application précise chez un client. De plus, il va falloir parfaitement la caler sur les machines de découpe des flancs d’emboutissage, pour que les pistes conductrices se retrouvent au bon endroit avec les bonnes caractéristiques sur les pièces finies.

Au-delà de l’automobile, Ségula Technologies estime que E-Tric Tracks pourrait aussi intéresser d’autres secteurs des transports (ferroviaire, naval, aéronautique), mais aussi les biens de consommation comme le gros électroménager. Souhaitons que cette idée novatrice trouve son marché.

Jean-François Prevéraud

Découvrez la technologie E-Tric Tracks en vidéo.

Pour en savoir plus : https://www.segulatechnologies.com/fr/

Ingénieur de formation (ENIM) et journaliste professionnel depuis 1981, Jean-François Prevéraud a participé à de nombreux journaux et lettres d'information (Bureau d'Etudes, CFAO Synthèse, SIT, Industrie & Technologies, Usine Nouvelle...) comme journaliste, rédacteur en chef adjoint ou rédacteur en chef.

En retraite depuis février 2017, Jean-François veut que celle-ci soit active. C'est pour cette raison qu'il reste informé de ce qui bouge dans le PLM dans son sens le plus large (CFAO, Simulation Numérique, Impression 3D, Usine du futur, Réalité virtuelle et augmentée...). Il contribue désormais à notre lettre d'information pour commenter l'actualité que nous publions ou celle qu'il a pu glaner dans les événements qu'il continue à suivre.

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