Économies d’énergie, d’émissions et d’autonomie des batteries des véhicules électriques

Par Pacific Northwest National Laboratory25 avril 2023

La microstructure dans un trapèze en aluminium présente une granulométrie très raffinée et uniforme, essentielle pour obtenir un produit solide et fiable. Crédit : Image gracieuseté de Nicole Overman ; amélioration par Cortland Johnson | Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique

Le nouveau processus de fabrication aboutit à la création de composants de véhicules en aluminium à haute résistance, à la fois rentables et plus écologiques.

L'industrie automobile, en particulier celle des véhicules électriques, est pionnière dans un processus innovant de collecte et de transformation des déchets d'aluminium en nouvelles pièces de véhicules. Le laboratoire national du nord-ouest du Pacifique du DOE, en partenariat avec la grande société de technologie de mobilité Magna, vient de révéler une nouvelle méthode de fabrication qui réduit l'énergie grise de plus de 50 % et réduit les émissions de dioxyde de carbone de plus de 90 % en éliminant le besoin d'extraire et de traiter le même quantité de minerai d’aluminium brut. De plus, l’utilisation d’aluminium léger peut également améliorer l’autonomie des véhicules électriques.

Ce procédé breveté et primé de traitement et d'extrusion assistés par cisaillement (ShAPE™) collecte les déchets et les restes d'aluminium issus de la fabrication automobile et les transforme directement en matériau approprié pour les nouvelles pièces de véhicules. Il est désormais étendu à la fabrication de pièces légères en aluminium pour véhicules électriques.

L'avancée la plus récente, décrite en détail dans un nouveau rapport et dans un article de recherche de Manufacturing Letters, élimine le besoin d'ajouter de l'aluminium nouvellement extrait au matériau avant de l'utiliser pour de nouvelles pièces. En réduisant le coût du recyclage de l'aluminium, les fabricants pourraient être en mesure de réduire le coût global des composants en aluminium, leur permettant ainsi de mieux remplacer l'acier.

Les déchets d'aluminium des constructeurs automobiles se transforment en nouvelles pièces de véhicules grâce au processus de fabrication ShAPE breveté par le PNNL. La chaleur et la friction ramollissent l’aluminium et le transforment du métal brut en un produit uniforme, lisse et solide, sans étape de fusion. Crédit : Animation de Sara Levine | Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique

"Nous avons montré que les pièces en aluminium formées avec le procédé ShAPE répondent aux normes de l'industrie automobile en matière de résistance et d'absorption d'énergie", a déclaré Scott Whalen, scientifique des matériaux et chercheur principal au PNNL. « La clé est que le procédé ShAPE décompose les impuretés métalliques présentes dans les déchets sans nécessiter une étape de traitement thermique énergivore. Cela permet à lui seul de gagner un temps considérable et d’introduire de nouvelles efficacités.

Le nouveau rapport et les publications de recherche marquent le point culminant d'un partenariat de quatre ans avec Magna, le plus grand fabricant de pièces automobiles en Amérique du Nord. Magna a reçu un financement pour la recherche collaborative du programme Vehicle Technologies Office du DOE, Lightweight Materials Consortium (LightMAT).

« La durabilité est au premier plan de tout ce que nous faisons chez Magna », a déclaré Massimo DiCiano, responsable de la science des matériaux chez Magna. « De nos processus de fabrication aux matériaux que nous utilisons, le processus ShAPE est une excellente preuve de la façon dont nous cherchons à évoluer et à créer de nouvelles solutions durables pour nos clients. »

Outre l’acier, l’aluminium est le matériau le plus utilisé dans l’industrie automobile. Les propriétés avantageuses de l’aluminium en font un composant automobile attractif. Plus léger et plus résistant, l'aluminium est un matériau clé dans la stratégie visant à fabriquer des véhicules légers pour une efficacité améliorée, qu'il s'agisse d'étendre l'autonomie d'un véhicule électrique ou de réduire la taille de la capacité de la batterie. Bien que l’industrie automobile recycle actuellement la majeure partie de son aluminium, elle y ajoute régulièrement de l’aluminium primaire nouvellement extrait avant de le réutiliser, afin de diluer les impuretés.

Les fabricants de métaux s'appuient également sur un processus vieux d'un siècle consistant à préchauffer les briques, ou « billettes », comme on les appelle dans l'industrie, à des températures supérieures à 1 000 °F (550 °C) pendant plusieurs heures. L'étape de préchauffage dissout les amas d'impuretés telles que le silicium, le magnésium ou le fer dans le métal brut et les répartit uniformément dans la billette grâce à un processus appelé homogénéisation.