Plastique à renfort fibre de carbone - Définition

Usage dans le génie civil

Ces vingt dernières années, le PFRC a pris une place prépondérante dans les applications d’ingénierie des structures. Etudié dans un contexte académique pour les bénéfices potentiels qu’il pourrait apporter au domaine de la construction, il s’est révélé être une solution économiquement viable dans de nombreux secteurs : renforcement du béton, maçonnerie, structures en acier et en bois. Il est généralement utilisé de deux façons : soit en ajout pour renforcer une structure existante, soit dès le début d’un projet en alternative à l’acier comme matériau de précontrainte.

L’ajout en renfort pour des structures existantes demeure son utilisation principale en génie civil, que ce soit pour augmenter la capacité en chargement d’anciennes structures (comme les ponts) conçues à l’époque pour des contraintes moins importantes, pour améliorer le comportement face aux activités sismiques, ou pour la réparation de bâtiments endommagés. Le critère économique explique le succès de cette méthode : renforcer une structure défaillante coûte beaucoup moins cher que le remplacement total de la structure. Grâce à sa grande rigidité, il peut être utilisé sous les portées de ponts pour éviter les déformations excessives, ou entouré autour de poutres pour limiter les contraintes de cisaillement.

Utilisé en remplacement de l’acier, le PRFC sous forme de barres vient renforcer les structures en béton (béton armé). Plus généralement il est utilisé comme matériau de précontrainte à cause de sa rigidité et de son module d’élasticité élevés. Les avantages du PRFC sur l’acier en tant que matériau de précontrainte sont une masse réduite et la résistance à la corrosion, ce qui autorise des applications spéciales, en environnement marin par exemple.

Le PRFC est plus coûteux que les matériaux composites également employés dans l’industrie du bâtiment, comme les polymères à renfort fibre de verre (GFRP : Glass Fibre Reinforced Polymer) et les polymères à renfort fibre aramide (AFRP : Aramid Fibre Reinforced Polymer), bien qu’il soit considéré comme ayant des propriétés supérieures.

Des recherches sont effectuées sur l’emploi du PRFC en ajout ou en remplacement de l’acier, comme matériau de renfort ou de précontrainte. Le coût reste un problème majeur, et les questions de tenue sur le long terme demeurent. Certaines de ces questions touchent à la fragilité du matériau, qui contraste avec la ductilité de l’acier. Bien que des codes de conception aient été établis par des organismes tels que l’American Concrete Institute, il reste cependant des interrogations au sein des ingénieurs pour l’implantation de ces matériaux alternatifs. Ceci est principalement dû au manque de normalisation et aux brevets posés sur les combinaisons fibre/résine. Cela représente cependant un avantage, car les propriétés mécaniques du matériau peuvent être adaptées sur mesure aux exigences d'une application donnée.

Usage automobile

Le PRFC est très utilisé en compétition automobile. Le coût élevé de la fibre de carbone est compensé par le rapport exceptionnel résistance mécanique / masse, la masse qui est un critère essentiel dans ce domaine. Les constructeurs ont développé des méthodes pour rigidifier les pièces en fibre de carbone selon une direction précise, celle du chargement considéré. Inversement, des tissus de fibre de carbone omnidirectionnels ont également été développés, permettant de retrouver les mêmes propriétés mécaniques quelle que soit la direction de l'effort. Ce type de tissu est généralement utilisé pour la fabrication de cellule de survie pour les châssis monocoques.

Ces dernières décennies, plusieurs « supercars » ont intégré massivement le PRFC, notamment pour les éléments de carrosserie, et d’autres composants.

Jusqu’à récemment, ce matériau entrait rarement dans la fabrication de voitures de série, ceci principalement à cause du surcoût entraîné par l’achat de nouveaux équipements et par le manque de personnes qualifiées dans ce domaine. Aujourd’hui, plusieurs grands constructeurs se mettent à adopter le PFRC pour la voiture de monsieur tout le monde.

L’usage de ce matériau fut plus rapidement adopté par des petits constructeurs, l’utilisant en remplacement de la fibre de verre pour la fabrication des panneaux de carrosserie sur certains de leurs modèles haut de gamme. L’objectif fut de réduire la masse tout en augmentant la résistance mécanique.

Les amateurs de courses de rue, ou de tuning remplacent généralement leur capot, leur déflecteur ou certains éléments de la carrosserie par leur équivalent en PFRC. Cependant, ces pièces sont rarement faites à 100 % de fibre de carbone. Généralement, une simple couche de fibre de carbone est stratifiée sur de la fibre de verre, afin de donner l’aspect « carbone ».