[L’Actu – Avril 2024]

Et si l’automobile montrait de quel bois elle se chauffe ?

Le chercheur, professeur des universités et membre de l’INSA Toulouse depuis 2009, enseignant au sein du département Génie Mécanique et chercheur à l’ICA, aime bien introduire l’objet de ses recherches par des présentations d’applications, par le passé, qui ont fait la preuve de l’intérêt du bois dans le domaine des transports. Ici, ce reportage qui montre comment le bois a pu être utilisé, il y a plusieurs siècles, pour protéger des bateaux d’attaques au canon. Là, la Costin–Nathan, une petite voiture de course conçue avec un châssis en contreplaqué, qui ne pesait que 400 kg et a pu faire les 24h du Mans en 1967. Ou encore la « merveille en bois », l’avion De Havilland Mosquito construit en 7 781 exemplaires, avec une structure sandwich avec peaux bouleau ou douglas et âme balsa, qui était capable de voler, et c’est ce qu’il a fait entre 1940 et 1945, jusqu’à 612 km/h !

D’abord spécialisé dans les structures composites pour l’aéronautique, ce professeur des universités a opéré son virage vers les structures en bois à partir de 2012. Plus précisément vers la recherche sur les performances que pouvaient offrir le contreplaqué. Pourquoi ? « Beaucoup de recherches portent sur le bois », observe le chercheur. « Mais très peu sur le contreplaqué. Or, le contreplaqué est constitué de plis de bois que l’on vient coller les uns aux autres, un peu comme les plis du carbone et l’analogie me semblait intéressante. »

Un comportement excellent face aux chocs et une empreinte carbone infime par rapport aux structures métalliques

La première thèse qu’il a dirigée était exploratoire. Elle a porté sur la résistance à l’impact que pourraient offrir des structures sandwiches composées avec du bois. Une structure sandwich, c’est quoi ? C’est l’assemblage par collage de deux peaux externes minces mais rigides sur une âme interne beaucoup plus légère, donc à faible résistance mécanique. L’épaisseur plus élevée de l’âme confère au matériau sandwich une rigidité à la flexion élevée et une masse volumique globale faible. Les matériaux sandwichs sont utilisés pour fabriquer des structures dans les avions, les hélicoptères, les satellites, mais aussi des coques de bateaux ou des voitures de sport… Ici, l’âme (ou le cœur) était donc en contreplaqué, en lieu et place des traditionnelles mousses ou structures de nids d’abeille. Cette première thèse, achevée en 2017, avait alors permis d’identifier des propriétés à l’impact et après l’impact excellentes avec des contreplaqués commerciaux ou « maison » à base de peuplier et d’okoumé.

Ce premier travail a donc été suivi par un autre, afin d’évaluer la résistance du matériau cette fois-ci aux crashes car c’est un sujet très important pour les véhicules. Les résultats tirés d’expérimentations menées avec des tubes sandwichs peaux carbone/âme en plis de bois de bouleau, peuplier ou chêne sur lesquels on fait tomber une masse de 170 kg de 4,2 mètres de hauteur ont pu démontrer la contribution significative des plis de bois dans l’absorption des chocs. « Par exemple, en passant de 2 à 6 plis de peuplier dans l’âme, l’énergie absorbée est multipliée par 2.  C’est un très bon résultat car même si, rapporté à une même masse, c’est une capacité 2 à 3 fois moindre que le carbone seul, le peuplier est un bois local, très courant, à pousse rapide et son coût est 40 fois inférieur ! On a pu montrer aussi les tubes avec une âme en plis de bouleau sont les meilleurs permettant d’absorber 7000 joules sur 80 mm », se réjouit le chercheur. Bref, même s’il faudrait alors utiliser davantage de bois pour atteindre une résistance équivalente à celle du carbone, ce matériau pourrait donc s’avérer doublement intéressant : il permettrait de réduire les coûts et pourrait s’inscrire dans une démarche de développement soutenable, l’empreinte carbone de ces structures ne représentant « qu’une fraction de celle des structures métalliques », comme l’équipe le soulignait dans un article de review paru récemment dans le journal « Composite Structures ».

Des essais à l’ICA pour un avion Mauboussin

Ces premiers résultats ont alors ouvert la voie à un projet plus important financé par l’ANR, le projet Boost – Le bois pour les structures des véhicules -, qui doit s’achever à la fin de l’année. « Il s’agissait de démontrer que le matériau est crédible du point de vue mécanique et du point de vue du développement durable », précise le chercheur. Un potentiel démontré par ces travaux. Ainsi, dans leur récent article de review, les chercheurs soulignent au sujet de ces structures que, « contrairement aux idées reçues, leur comportement en cas de crash peut être excellent et le problème est d’autant moins grave que les structures crashées peuvent être allégées avec le même bois ».

Ces recherches semblent donc prometteuses, ce qui explique qu’à un travail en succède un autre. Ainsi, en parallèle d’une thèse démarrée en 2021 dans le cadre du projet ANR, qui se penche actuellement sur la caractérisation des contreplaqués pour mieux connaître leurs propriétés alors les premiers travaux avaient mis à jour « un matériau beaucoup plus complexe que ce qui était imaginé », les chercheurs portent également un projet pour un Avion Mauboussin. L’équipe, qui a démarré les essais à l’ICA, teste cette fois-ci des plaques dont l’âme est en balsa et les peaux en bouleau.

Un intérêt croissant des industriels

Ces projets permettent donc d’imaginer, dans un futur plus ou moins proche, une industrialisation de véhicules légers, plutôt des automobiles, qui seraient équipés de structures en bois plutôt qu’en carbone. « Les premières évaluations montrent que c’est possible. Et, en même temps, cela répond aux enjeux de transition écologique ! », se réjouit Bruno Castanié. Car, au-delà de la faible empreinte carbone que générerait la construction de structures en bois, la ressource, en France, est loin d’être tarie. « La forêt a doublé de surface en 150 ans et comme ce sont surtout les bois de résineux qui sont exploités pour les charpentes notamment, et très peu les feuillus, nous disposons d’une ressource importante avec ces derniers », poursuit Bruno Castanié. « Et ce, d’autant que, aujourd’hui en tout cas d’après les chiffres de l’UE, le taux de croissance des arbres est de 3 % contre un taux de prélèvement de 1,5 %. » De même, si le bois était utilisé dans l’industrie du transport, donc pour un usage à forte valeur ajoutée, il pourrait être possible aussi de se diriger vers une gestion plus raisonnée des forêts, voire de replanter des arbres à cette fin pour un usage local.

L’intérêt pour ces recherches est en tout cas croissant, en témoigne la présence des industriels et institutionnels aujourd’hui présents « à la table » du comité de suivi du projet ANR de l’équipe. On y retrouve en effet des organisations et des entreprises comme Airbus, Aura Aéro, Elixir Aircraft, Avions Mauboussin, Daher Socata, Naval Group, Segula Technologie, Renault, le CNES, ou encore le ministère des Armées via la DGA.

Rédaction : Camille Pons, journaliste

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