Journal 5
Lorsque la Polestar 1 a été dévoilée au monde entier l'an dernier, les réactions ont été extraordinaires. Malgré ses airs de voiture concept, le premier véhicule de Polestar était complet et il n'a laissé de doute à personne : il ne s'agissait pas d'un test,
Le parfait équilibre
mais bien de l'arrivée d'un nouveau constructeur prometteur et habité de hautes ambitions, et chacun chez Polestar était déterminé à voir la première version de production de cette voiture basse, élégante et d'une carrure imposante sortir en 2019.
Pour rester fidèle au design d'origine, néanmoins, l'usage de matériaux avancés serait nécessaire. La fibre de carbone serait essentielle non seulement pour conserver les lignes sveltes et pour maîtriser le poids, mais également pour atteindre les objectifs ambitieux en matière de performances.
Toutefois, quelles seraient les difficultés que poserait ce matériau ? Designers et ingénieurs seraient-ils capables de trouver le bon équilibre entre les matériaux ? Les avantages qu'offre la fibre de carbone vaudraient-ils la peine ?
Nous avons interrogé Zef van der Putten, ingénieur principal de la Polestar 1, pour en savoir plus.
Parfaire l'usage de la fibre de carbone
La fibre de carbone reste considérée comme un matériau léger, haut de gamme et cher, mais c'est ce qui en fait le choix idéal pour une voiture porteuse de technologies de pointe, de progrès et de performances.
À son apparition en Formule 1 il y a une trentaine d'années, la fibre de carbone était d'un emploi difficile, mais la maîtrise de ses propriétés promettait d'énormes avantages. Il était clair qu'elle était substantiellement plus légère et plus robuste que d'autres matériaux. Toutes les écuries se sont rapidement mises à l'utiliser, tout comme les constructeurs d'automobiles haut de gamme, et dès lors, sa réputation en tant que matériau à hautes performances fut faite.
Aujourd'hui, les structures de carrosserie en fibre de carbone, qui permettent de réduire le poids, d'accroître les performances, d'abaisser le centre de gravité de la voiture et de renforcer la résistance à la torsion, incarnent l'avant-garde, la haute technologie et la performance.
Cela se confirme à l'examen de la voiture. Il suffit d'en faire le tour pour découvrir son sérieux patrimoine en matière d'ingénierie : la partie supérieure de la carrosserie, y compris les portes, les ailes avant, le capot et le couvercle de coffre, est en polymère renforcé de fibres de carbone (ou CFRP, pour Carbon-Fibre Reinforced Polymer). Et puis il y a cette ligne de toit surbaissé qui fascine tant.
« Dans une conception traditionnelle à toit en acier, toutes ces sections auraient été plus grandes, le toit aurait été plus haut et les vitres plus verticales. La fabrication de toute la structure du toit en fibre de carbone nous a permis d'obtenir cette ligne basse et élégante du toit », explique Zef van der Putten.
La libellule (Odonata Anisoptera), solution naturelle en matière de résistance et d'agilité, fruit d'une longue évolution
Votre œil suit naturellement la ligne du montant A au montant C, mais ce que vous ne verrez pas est sous la surface : un tube en fibre de carbone préfabriqué extrêmement rigide intégré par cuisson aux deux moitiés de l'enveloppe en fibre de carbone du montant. Ces éléments sont joints latéralement par des sections transversales étroites, légères et ultrarigides en fibre de carbone.
Ce n'est pas tout, néanmoins. La plateforme SPA a été substantiellement remaniée, l'empattement et le porte-à-faux arrière ayant été réduit de 320 et 200 mm, respectivement. Ensuite, comme toute bonne équipe d'ingénieurs qui se respecte, le groupe a cherché son inspiration dans la nature et a ainsi incorporé la « libellule »*, pièce de fibre de carbone en forme d'insecte fixée au châssis. Ses ailes et son abdomen améliorent radicalement la résistance à la torsion en l'un des points essentiels de la structure de carrosserie, entre le plancher central et la section arrière. Le résultat est probant : 45 % de résistance à la torsion en plus dans la structure de châssis.
* Une pièce de forme ingénieuse en CFRP fixée au soubassement en acier, qui rigidifie la jonction habituellement fragile entre le plancher central et la structure arrière. Chez Polestar, nous avons baptisé ce composant la « libellule ».
S'imprégner du matériau
Interrogé sur les difficultés que présentait le travail de la fibre de carbone sur ce projet, Zef van der Putten répond :
« L'un des principaux défis consistait à se familiariser avec le matériau. Nous étions à la recherche de la solution idéale pour la Polestar 1 et nous étions prêts à tout pour la trouver. Nous avons beaucoup appris, et même si tout ne s'est pas passé exactement comme nous l'anticipions, ce sont souvent les surprises qui vous en apprennent le plus. Ce processus a résulté en un niveau très élevé de précision et de finition. »
Une fois familiers du matériau, les ingénieurs de Polestar se sont attachés à définir et à contrôler tous les autres paramètres, dont certains essentiels, comme les types de fibre et de résine employés ou la façon dont sont assemblées et peintes les diverses sections.
L'équipe a également appris à caractériser le matériau pour les calculs d'ingénierie assistée par ordinateur, de manière à pouvoir tester et évaluer les pièces. Par ailleurs, elle savait d'expérience que la fibre de carbone se comporte différemment selon la direction des forces. Des simulations de drapage ont donc été effectuées pour déterminer comment se comporterait le matériau dans la réalité.
Cette modélisation intelligente a eu pour résultat que les tissus directionnels du matériau sont maintenant spécifiquement placés dans la voiture de façon à contrer les forces et à accroître la rigidité dans différentes conditions de conduite.
Nous voulions obtenir des chiffres élevés en matière de performances et bas en matière de dimensions et de poids. Nous avons donc effectué un travail important de recherche, d'analyse et d'essai, avec quelques hésitations en cours de chemin, mais la voiture pèse désormais 230 kg de moins qu'au départ, grâce à l'intégration du matériau dans le soubassement, ce qui compense complètement le poids supplémentaire des batteries.
Impressionnant.
Réaliser le design
La conception et l'exécution en matière de design sont très importantes pour n'importe quelle marque. La Polestar 1 étant la première voiture à sortir de l'écurie Polestar, il était essentiel de frapper fort et de donner corps à la langue de design de la marque.
Selon Zef van der Putten, le matériau ne joue pas initialement un grand rôle. C'est ultérieurement, quand arrive le travail de la surface et l'intégration des détails, que les différences apparaissent au grand jour. La fibre de carbone porte le design vers de nouvelles cimes. Certaines restrictions, telles que la profondeur de pressage, disparaissent soudainement, ce qui signifie que les designers peuvent créer des surfaces beaucoup plus radicales, ou plus planes, s'ils le désirent.
« Si nous avions employé de l'acier, la surface du capot aurait été beaucoup moins spectaculaire qu'elle ne l'est. En l'état, nous avons pu sculpter davantage la forme et créer des lignes plus prononcées, ce qui donne à la voiture un aspect plus technique et plus raffiné », ajoute Zef van der Putten.
Et de poursuivre : « Avec de la fibre de carbone et un faible volume de production, beaucoup de choses peuvent être faites à la main. Vous pouvez donc toujours trouver des solutions, vous pouvez parler au fournisseur et vous pouvez faire les choses différemment pour arriver au résultat voulu. Les proportions et le gabarit sont toujours très importants dans n'importe quel design, et nous sommes à l'évidence très satisfaits du résultat. »
La peinture sur fibre de carbone est complètement différente de la peinture sur acier. Pour obtenir la bonne couleur et la bonne finition, l'équipe a dû se surpasser pour atteindre la perfection.
La surface est primordiale
Un matériau luxueux et cher exige expertise et savoir-faire à toutes les étapes du processus. Concernant la peinture de la nouvelle Polestar 1, la pratique et l'expérimentation furent considérables.
« Tout designer automobile sait exactement ce qu'il doit faire ou ne pas faire lorsqu'il crée une voiture en acier. Les choses ici sont différentes, presque tout est possible », explique Zef van der Putten.
Toutefois, la peinture sur fibre de carbone est complètement différente de la peinture sur acier. Toutes les pièces arrivent du fournisseur recouvertes d'un apprêt, et pour obtenir la bonne couleur et la bonne finition, l'équipe a dû se surpasser pour atteindre la perfection.
Il en va de même du contrôle de la qualité. Les personnes hautement qualifiées, au regard acéré, chargées de rechercher les imperfections de couleur ou de finition les plus minimes ont constaté que ces problèmes n'existaient pas sur la fibre de carbone peinte. Elles recherchent désormais des problèmes de qualité complètement différents. Comme toujours quand il s'agit de Polestar, le niveau d'ambition est élevé, et chacun recherche continuellement à trouver la parfaite méthode de travail de ce matériau.
Quand la sécurité relève de la performance
Polestar a procédé à des essais complets afin de garantir la sécurité et la robustesse de la Polestar 1. L'assemblage des pièces en fibre de carbone sur la plateforme en acier et sur les autres composants de la voiture n'est pas sans difficulté. L'acier est plus élastique que la fibre de carbone et, afin de lier ces deux matériaux, Polestar utilise un adhésif spécialement conçu pour absorber les différents mouvements des pièces en acier et en fibre de carbone. Zef van der Putten explique :
« La difficulté est que la fibre de carbone est un matériau linéaire cassant, et les structures automobiles traditionnelles utilisent normalement des matériaux qui se déforment avant de rompre, comme l'acier. La fibre de carbone, elle, se comporte tout à fait différemment selon la direction des forces. »
Au final, la Polestar 1 est une voiture de pointe en matière de sécurité en cas de collision et de robustesse. L'utilisation conjointe d'une carrosserie en fibre de carbone et d'une plateforme en acier permet à la Polestar 1 de tirer le meilleur parti de chacune en matière de caractéristiques de conduite et de sécurité.
Réfléchir aux détails
A posteriori, l'utilisation de la fibre de carbone était le bon choix. Elle est assurément de haute technologie, elle nécessite un travail attentif et elle requiert une grande patience pour obtenir un bon résultat. Lorsque tout est en place, toutefois, l'impression de précision de l'ingénierie et de sophistication du design est impossible à ignorer, et votre perspective change. Vous passez votre main sur la voiture et sentez que les surfaces ne sont pas pressées par des machines, que chaque panneau de fibres de carbone a été placé et assemblé à la main. Vous sentez également que chaque pièce a été finie à la main et avec l'obsession du détail. Tout cela procure un sentiment très particulier.
Chaque panneau de fibre de carbone est placé à la main pour garantir la précision de l'assemblage et chaque pièce est finie à la main.
Verrons-nous un accroissement de l'usage de la fibre de carbone à l'avenir ? Il est difficile de répondre tant sont nombreux les paramètres qui doivent être pris en considération avant qu'une équipe puisse prendre cette décision, mais une chose est certaine : nombre d'éléments d'une voiture se prêtent parfaitement à la fibre de carbone, et ses avantages en valent la peine. Si son usage se répand, il est bon de savoir que les fournisseurs recherchent également une méthode de recyclage et de réutilisation du matériau pour l'avenir, ce qui est essentiel pour Polestar.
Ainsi, notre équipe a-t-elle trouvé le bon équilibre tout en restant fidèle à la philosophie de Polestar, sans compromis, sans raccourci ?
Il semblerait que oui, largement.
La fibre de carbone est l'une de nos technologies de pointe. Il y en a bien d'autres.
La Polestar 1 est une hybride électrique à hautes performances, une voiture haut de gamme alliant l'électricité à des performances exceptionnelles, de sublimes proportions, un savoir-faire exquis et une technologie innovante. Chaque pièce a été conçue et choisie avec soin. L'usage de la fibre de carbone est un domaine parmi d'autres qui démontre à quel point notre engagement à fabriquer la Polestar 1 sans compromis est à prendre au sérieux.
Quelques informations – La fibre de carbone et la Polestar 1 :
- 1.Poids. Économie de 230 kg grâce à l'usage combiné de la fibre de carbone et du châssis SPA.
- 2.Rigidité. Accroissement de la résistance à la torsion de 22 Nmm-2 à 32 Nmm-2, c'est-à-dire de 45 %.
- 3.Centre de gravité. La combinaison d'un plancher en acier SPA et d'une structure supérieure en fibre de carbone permet d'abaisser le centre de gravité pour une meilleure tenue de route et de meilleures performances.