• Dynamisme et efficacité : Audi, pionnier de la technologie de l’allègement
• Plus de 550 000 modèles à carrosserie en aluminium depuis 1994
• Nouveaux matériaux et technologies des voitures de demain
Ingolstadt - Audi s’impose dans le monde entier comme le leader de la technologie de l’allègement. Depuis 15 ans, la marque fabrique des carrosseries en aluminium basées sur le concept ASF (Audi Space Frame). De nombreux brevets et une multitude de distinctions témoignent du caractère novateur de cette technologie.
Représentant l’un des atouts majeurs d’Audi, la technologie de l’allègement est également l’une des caractéristiques de la marque dans la mesure où cette technologie associe dynamisme et efficacité. Les ingénieurs élaborent en permanence de nombreuses solutions inédites permettant de construire des voitures encore plus légères et donc encore plus performantes. Pour Audi, la réduction des masses est une technologie fondamentale pour assurer la mobilité durable de demain.
L’aluminium était déjà considéré comme un matériau intéressant pour les carrosseries à l’époque où l’automobile faisait ses débuts - des idées importantes ont alors été empruntées à la construction aéronautique. Dès 1913, NSU fabriquait un véhicule dont la carrosserie était entièrement en aluminium, le Type 8/24. Dix ans plus tard, l’Audi Type K arborait une robe carénée expérimentale réalisée dans ce même matériau. Au cours des années 30, les spécialistes du département Compétition automobile d’Auto Union fabriquaient à la main des panneaux d’aluminium qu’ils utilisaient pour construire des carrosseries et des revêtements carénés destinés à leurs voitures de course et à leurs bolides spectaculaires.
825 kilogrammes : l’Auto Union Type C de 1936
Le règlement du Grand Prix en vigueur de 1934 à 1937 stipulait que les automobiles ne devaient pas peser plus de 750 kg à vide, sans les lubrifiants,, les jantes et les pneus. La construction extrêmement légère qui en résultait se traduisit par des performances absolument inédites. Le modèle Auto Union Type C de 1936, qui affichait environ 825 kg sur la balance juste avant de prendre le départ, était équipé d’un moteur V16 à compresseur monté devant l’essieu arrière et développant pas moins de 380 kW (520 ch). Soit un rapport poids/puissance d’1,6 kg/ch, à peine plus que les prototypes sport Le Mans d’aujourd’hui.
Chez Audi, le thème de la technologie de l’allègement accède en 1982 au statut de projet stratégique ; l’entreprise crée alors une joint-venture avec un fabricant d’aluminium américain. L’objectif visé est ni plus ni moins de réinventer la carrosserie autoporteuse en utilisant cette fois-ci un matériau d’environ 2/3 plus léger que l’acier conventionnel et une géométrie parfaitement adaptée : le concept Audi Space Frame.
Le travail de développement est conçu comme un projet intégré. Un processus donnant lieu à plus de 40 brevets et demandes de brevet permet également d’exploiter le vaste savoir-faire existant dans tous les domaines, qu’il s’agisse des alliages, du coulage, du formage ou de l’assemblage des pièces. En 1985, lors du salon de Hanovre, la marque présente la carrosserie d’une Audi 100 en aluminium, mais ayant encore recours à une structure monocoque conventionnelle. Les légendaires prototypes de voitures de sport de l’automne 1991 - l’Audi Avus quattro et l’Audi quattro Spyder - arborent des robes réalisées dans le matériau léger mais sous lesquelles se dissimulent encore des cadres porteurs.
1993 : l’étude technologique ASF
En 1993, la nouvelle technologie est prête pour la production en série : un éclatant Show Car argenté arborant une carrosserie non peinte en aluminium poli est présenté au Salon international de l’automobile de Francfort. Ce prédécesseur de l’A8 porte la désignation ASF, abréviation de « Audi Space Frame ». Le modèle de série qui voit le jour l’année suivante représente une étape importante dans l’histoire de l’automobile : il s’agit du premier véhicule de grande série à carrosserie autoporteuse en aluminium qui ait jamais été construit dans le monde. L’A8 va permettre à Audi d’entrer dans le cercle très fermé des constructeurs les plus talentueux et être à l’origine de nouveaux développements dont bénéficie également le matériau traditionnel qu’est l’acier.
Le principe à la base de la nouvelle A8 est encore valable aujourd’hui : des pièces coulées sous pression et des profils extrudés forment une ossature similaire à un treillis dans laquelle les panneaux d’aluminium sont intégrés en tant qu’éléments semi-porteurs. Ayant des sections et des formes différentes, les composants parviennent à combiner fonctionnalité optimale et poids léger.
Une carrosserie ASF est au moins 40 % plus légère qu’une carrosserie en acier. Celle de la première A8 ne pesait que 249 kg ; à partir de 1999, le poids de la carrosserie du modèle compact A2 n’est plus que de 156 kg. Celle de l’A2 1.2 TDI (la première voiture au monde dotée de quatre portes et d’une cylindrée de trois litres) n’affiche même plus que 135 kg sur la balance - autant dire qu’il s’agit là d’un facteur décisif expliquant la consommation sensationnelle de 2,99 litres aux 100 km en moyenne.
A8, R8, TT et TT Roadster : à la pointe de la technique
Les modèles d’aujourd’hui - la 2e génération de l’A8, le modèle sport R8, le TT Coupé et le TT Roadster - témoignent de l’évolution de la technologie ASF. La carrosserie de l’A8 actuelle pèse 218 kg. La carrosserie en aluminium de la R8, dont le cadre moteur semi-porteur est en magnésium ultra-léger, se distingue par son poids de 210 kg. Equipée du moteur V10, qui déploie une puissance de 386 kW (525 ch), la voiture complète ne pèse que 1 620 kg. Son rapport poids/puissance est de 3,1 kg/ch, ce qui correspond à la valeur d’un athlète de haut niveau ne pesant pas un gramme de trop.
Les carrosseries des modèles TT Coupé et TT Roadster pèsent respectivement 206 et 251 kg. La gamme TT se distingue par une autre innovation. Souhaitant que les charges sur essieu soit parfaitement équilibrées entre l’avant et arrière, Audi a mis au point un principe novateur de conception hybride pour ses voitures de sport compactes : la carrosserie est composée en majeure partie d’aluminium mais de l’acier est utilisé à l’arrière.
Par rapport au modèle précédent, qui était encore doté d’une carrosserie tout acier, le poids à vide du TT a diminué de 20 à 90 kg selon la version. Parallèlement à cela, la résistance statique à la torsion a augmenté de 50 % dans le cas du coupé et même de 100 % en ce qui concerne le roadster. Le concept ASF constitue la base de la maniabilité tout en précision, de la dynamique de marche et du haut niveau de sécurité passive. Une voiture plus légère a moins d’énergie cinétique à dissiper et s'avère moins dangereuse, en cas de choc, pour l’autre véhicule impliqué dans l’accident.
La réduction des masses associe sportivité et efficacité de façon typiquement Audi. L’Audi TT 2.0 TDI quattro - une voiture de sport à transmission intégrale déployant une puissance de 125 kW (170 ch) et un couple de 350 Nm - ne consomme en moyenne que 5,3 litres aux 100 km, tandis que ses émissions de CO2 ne dépassent pas 139 g/km. Ses performances dynamiques - accélération de 0 à 100 km/h en 7,5 s et vitesse de pointe de 226 km/h - sont également les conséquences du recours intelligent à la technologie de l’allègement. Audi utilise l’allègement comme une approche intégrée permettant de résoudre le conflit qui existait autrefois entre plaisir de conduire et efficacité.
ASF : l’inversion de la spirale du poids
L’inversion de la spirale du poids initiée par Audi avec le concept ASF présente d’importants effets secondaires. Une carrosserie plus légère permet d’obtenir des allègements de poids en d’autres points du véhicule, comme par exemple au niveau du châssis ou du réservoir. Or, 100 kg en moins signifient 0,3 à 0,5 litre de carburant en moins aux 100 km, ce qui correspond également à une baisse de 8 à 11 g des émissions de CO2/km.
Un faible poids de carrosserie va d’ores et déjà dans le sens du principe du downsizing appliqué par Audi, qui implique que la cylindrée est remplacée par la suralimentation. Les moteurs ultra-performants contribuent de façon sensible à la baisse de la consommation. Les carrosseries légères sont même une condition sine qua non pour les systèmes de propulsion électrique de l’avenir, qui ont recours à de lourdes batteries : elles sont absolument indispensables pour obtenir les performances et les autonomies attendues par les clients.
A ce jour, Audi a produit plus de 550 000 véhicules dotés d’une carrosserie en aluminium. A cela s’ajoutent quelque 9 000 Lamborghini. Aucun autre constructeur au monde ne peut faire aussi bien en termes de quantité et de diversité. La technologie ASF connaît une success story sans précédent. Audi a progressivement consolidé son avance, que ce soit dans les alliages, dans la réduction du nombre de pièces ou encore au niveau de l’efficacité de la production. La multitude des innovations mises en œuvre dans le développement et la production a permis de porter le degré d’automatisation de 25 à plus de 80 %, ce qui est pratiquement le niveau observé dans la construction des carrosseries en acier.
Dans le domaine de la fabrication, la méthode traditionnelle du soudage par points est remplacée par des procédés d’assemblage conçus par Audi, comme le rivetage autopoinçonneur, l’encollage ou le soudage hybride MIG et laser. Sur les modèles TT et R8, des vis autotaraudeuses assemblent de nombreux composants ; la soudure laser invisible pratiquée sur le toit du TT constitue une autre solution novatrice.
L’adéquation parfaite des différentes phases de l’ensemble du processus - du développement et de la planification, de la construction des installations, des dispositifs et des outillages au montage en passant par le pressage, la construction des carrosseries et la mise en peinture - se traduit par une extrême précision. Les idées des designers sont transposées au dixième de millimètre près, conformément aux normes de qualité très strictes d’Audi.
Le Centre de l’aluminium et de la technologie de l’allègement de Neckarsulm
En 1994, Audi a créé sur son site de Neckarsulm un Centre de l’aluminium spécial destiné au développement, à la planification de la production et à l’assurance qualité ; il a changé de nom en 2003, devenant le Centre de l’aluminium et de la technologie de l’allègement. Des aciers à haute résistance, des tôles multi-épaisseur (« tailored blanks »), des plastiques renforcés de fibres et le magnésium jouent ici un rôle toujours plus important. Comme l’explique Heinrich Timm, le responsable du centre, « l’aluminium reste le matériau de base, mais nous étudions minutieusement les autres matériaux, et plus particulièrement les matériaux composites renforcés par des fibres. »
Les découvertes effectuées par la forge axée sur l’innovation du Centre de l’aluminium et de la technologie de l’allègement, qui emploie plus de 150 personnes, ont à ce jour servi de base à déjà plus de 100 brevets concernant le développement et la production ; le bilan est donc extrêmement positif. L’Office européen des brevets a décerné à Audi le titre d'« Inventeur européen de l’année 2008 » pour récompenser les avancées effectuées par la marque dans le domaine de la technologie ASF.
Une distinction prestigieuse : l’EuroCarBody AWARD
En 2006, un autre prix prestigieux a été octroyé à Audi pour le principe de conception hybride du TT : la marque a en effet remporté l'EuroCarBody Award, qui lui a été remis par le très sélect Automotive Circle International. En 2003, Audi s’était déjà vu décerner ce trophée - le plus important prix européen de l’innovation - pour la conception de la carrosserie de l’A8.
L’année 2008 a été celle au cours de laquelle Audi s’est vu remettre un troisième trophée, cette fois-ci pour le Q5 - la technologie de l’allègement fait en effet également l’objet d’une priorité absolue pour les carrosseries en acier. Positionné dans la catégorie moyenne, ce SUV se distingue par une carrosserie de 355 kg, la plus légère de l’environnement concurrentiel. Des aciers ultra-résistants pressés à chaud forment la robuste colonne vertébrale de sa superstructure. Ils obtiennent leur résistance extrêmement élevée en étant chauffés à plus de 920 °C dans des fours continus, puis placés dans des presses réfrigérées pour être refroidis jusqu’à une température d’environ 180 °C.
La technologie de l’allègement dans l’ensemble du véhicule
Audi utilise aussi systématiquement la technologie de l’allègement dans les domaines de la chaîne cinématique et du châssis. Dans de nombreux moteurs, le recours à l’aluminium et à la fonte à graphite vermiculaire - obtenue au terme d’un procédé haute technologie - permet de réduire le poids du bloc-cylindres. De nombreux modèles sont équipés d’un châssis dans lequel les pièces en aluminium sont prédominantes. Des disques de frein en céramique renforcée de fibres de carbone sont par ailleurs disponibles en option sur les modèles hautes performances. La réduction de poids s’applique également aux étriers, aux capots avant et aux hayons arrière, aux éléments latéraux ou aux composants de capote en aluminium, aux couronnes de volant et aux supports en magnésium du tableau de commande.
Les travaux de développement bénéficient également des enseignements issus du sport automobile ; la réduction et la répartition du poids sont des critères d’une importance capitale pour les prototypes sport Le Mans et les voitures de course DTM. Les voitures de compétition fournissent aux ingénieurs chargés du développement de la production de série des informations importantes sur le carbone et son association avec le métal.
Les recherches sur de nouveaux matériaux et alliages se poursuivent. La priorité est accordée à l’obtention d’un poids minimal et d’une endurance maximale, ainsi qu’à la conception et la fabrication adaptées aux matériaux. Audi va consolider son statut de leader - l’avance par la technologie se fait ici par le biais de la technologie de l’allègement.
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