Le zinc est prometteur pour l'allègement

L'aluminium est un matériau populaire pour de nombreuses applications d'allègement automobile. Mais le passage de l'aluminium aux alliages de zinc pourrait grandement améliorer la longévité et la durabilité de nombreux types de pièces automobiles.

Les ingénieurs du Sustainable Manufacturing Systems Center de l'Université de Cranfield au Royaume-Uni ont récemment étudié les avantages de trois alliages légers différents : l'aluminium-A380, le magnésium-AZ91D et le zinc-ZA8.

L'alliage de zinc s'est avéré être une option plus durable et plus performante, en particulier si l'on considère des facteurs tels que l'impact environnemental causé par l'extraction du métal et la qualité des pièces qu'il produit.

Et, malgré le fait que l'alliage d'aluminium est généralement moins cher, l'étude a révélé que l'alliage de zinc offre une meilleure valeur globale, car les pièces qu'il crée sont susceptibles d'avoir une durée de vie beaucoup plus longue que les autres alliages.

L'alliage de zinc est largement utilisé comme matériau de moulage en raison de sa faible température de fusion, de sa polyvalence, de sa résistance et de sa durabilité. Traditionnellement, le matériau léger est utilisé pour les applications automobiles haut de gamme qui nécessitent une alternative au plastique. Les exemples typiques incluent les composants intérieurs, tels que les boutons de commande, les interrupteurs et les leviers. Le zinc est également utilisé dans les pièces de frein, les boîtiers de serrure de porte, les composants de ceinture de sécurité et les essuie-glaces.

"Ces dernières années, les alliages d'aluminium ont été privilégiés par les [ingénieurs] automobiles pour leurs propriétés légères et leur faible coût", explique Konstantinos Salonitis, responsable du Sustainable Manufacturing Systems Centre. "L'aluminium est souvent choisi avant d'autres alliages en raison d'une incapacité à prendre pleinement en compte la durabilité du produit final."

"Les propriétés thermo-physiques des alliages de zinc permettent la fabrication de pièces automobiles avec des conceptions complexes utilisant des tolérances strictes et étroites avec une finition de haute qualité, directement via le processus de moulage sous pression", ajoute Emanele Pagone, Ph.D., chercheuse en modélisation de la fabrication durable à l'Université de Cranfield. "Un autre avantage des alliages de zinc réside dans leur consommation d'énergie de fabrication réduite par rapport à d'autres matériaux moulés sous pression typiques, comme l'aluminium et le magnésium.

"Cette consommation d'énergie plus faible est une conséquence de la température de fusion plus basse et de l'apport de chaleur plus faible nécessaire pour atteindre le point de fusion", explique Pagone. "Des températures plus basses favorisent également une durée de vie plus longue de l'outil. De plus, les alliages de zinc sont résistants à la corrosion, une caractéristique qui peut être importante pour produire des pièces automobiles extérieures."

Selon Pagone, le zinc est un métal extrêmement fluide. Il est plus facile à travailler que l'aluminium et offre aux ingénieurs plus d'options lors de la coulée de pièces. Avec le zinc, vous pouvez fabriquer des pièces de formes complexes avec des parois plus fines. Cette capacité compense le fait que l'aluminium est plus léger que le zinc.

Cependant, le zinc présente de nombreux défis qui doivent être relevés avant qu'il ne soit plus largement utilisé dans l'industrie automobile. Par exemple, le poids relativement élevé des alliages de zinc (et la consommation de carburant plus élevée qui en résulte) les rend moins attrayants pour les applications automobiles. De plus, les pièces non soumises à des charges importantes peuvent être produites en série de manière plus économique avec des thermoplastiques.

"Le principal défi est lié au poids comparativement plus élevé des alliages de zinc, qui réduit l'économie de carburant et la qualité de conduite des véhicules", explique Pagone.

En revanche, avec les véhicules électriques, l'inconvénient des matériaux plus lourds pourrait être réduit grâce à l'utilisation du freinage régénératif.

"Cependant, il est difficile de prédire si une telle réduction serait suffisante pour favoriser une rupture significative par rapport à la domination actuelle de [l'aluminium et d'autres] matériaux légers", note Pagone. "Une future législation potentielle prenant en compte la charge énergétique globale des matériaux pourrait favoriser les alliages de zinc par rapport aux concurrents légers.

"Il est également difficile de faire des prévisions fiables en raison des efforts actuels des fabricants pour produire des pièces uniques de plus en plus grandes avec des procédés de moulage sous haute pression", ajoute Pagone. "Par exemple, la méga-machine de coulée utilisée pour produire les composants du cadre du Tesla Model Y pourrait affecter ces considérations."