NOUS ÉTAIONS au centre de R&D super secret de BMW à Marseille ce week-end, où nous avons vu certains des derniers travaux de l’entreprise – comme sa recherche sur les vélos autonomes. Et l’un des domaines les plus intéressants couverts par les ingénieurs était ses développements en fibre de carbone.
À une extrémité se trouvait bien sûr la production très haut de gamme du cadre, du bras oscillant et des roues de la HP4 Race. L’ingénieur en charge de la présentation, Michael Heimrath, nous a expliqué les tenants et les aboutissants des processus de production et de test, et comment BMW peut garantir que le cadre restera sûr pour une utilisation à long terme (dix ans et plus). Stress, effets environnementaux, abus – tout doit être pris en compte.
La première partie que nous avons examinée était le cadre – et BMW avait une tête de direction divisée en deux. Il y a plusieurs problèmes délicats ici : obtenir la rigidité dans les bonnes directions, mettre des fixations en métal (aluminium) pour prendre des boulons, des roulements et autres, et faire face aux dilatations thermiques.
La rigidité est un élément important pour faire en sorte qu’un châssis «se sente» bien pour un pilote. Rendez un cadre trop rigide dans les mauvaises zones, et vous obtenez un retour réduit, des performances de suspension médiocres et un châssis globalement peu performant. BMW a travaillé dur pour garder le cadre en carbone super rigide dans les bonnes zones – en gardant les roues alignées par exemple – tout en permettant une certaine flexibilité.
Cela a été fait en ajoutant un tissage supplémentaire en fibre de carbone dans certaines zones et en utilisant des bandes directionnelles en fibre de carbone. Les parties creuses sont principalement remplies de mousse légère (pour garder l’eau à l’extérieur – l’eau emprisonnée peut causer des dommages à long terme), tandis que certaines zones creuses sont laissées vides, pour agir comme une zone d’écrasement progressive en cas de mauvais accident.
Le montage des boulons et des fixations sur le carbone est un gros problème. Vous ne pouvez pas simplement boulonner des pièces comme le moteur directement dans le carbone – vous avez besoin d’inserts métalliques. Ceux-ci doivent être collés en place et également traités spécialement pour arrêter les réactions électrochimiques «galvaniques» entre le carbone et l’aluminium. Il en va de même pour les sièges de roulement, comme la tête de direction.
Cela conduit au dernier problème que nous avons examiné – la dilatation thermique. Les pièces en alliage se dilatent et se contractent beaucoup plus que la fibre de carbone. Au fil des ans, cela peut provoquer des fissures ou des pannes. BMW attache donc les pièces en aluminium de manière à ce qu’elles soient « précontraintes » – comme des barres d’acier dans du béton. Ainsi, la fibre de carbone maintient la pièce en aluminium dans un état de contrainte, de sorte qu’elle se dilate et se contracte, il n’y a pas de mouvement entre les deux.
Enfin, les ingénieurs doivent également tenir compte du mouvement thermique dans les supports de moteur. L’ensemble du moteur chauffe évidemment lors du fonctionnement et les deux boulons de montage latéraux changent de position jusqu’à 2 mm. Donc, si les supports super rigides n’étaient pas conçus pour s’adapter à cela, il y aurait d’énormes contraintes créées à chaque fois que le moteur chaufferait et refroidirait.
Hormis le cadre, les roues ont retenu le plus l’attention en termes de tests. Ils sont évidemment super critiques en termes de sécurité, donc BMW a opté pour la ceinture et les bretelles pour ses procédures de test. Les roues – qui sont fabriquées en interne par BMW, et non par BST ou un autre fournisseur tiers – passent par des tests infernaux pour s’assurer qu’elles sont aussi sûres que les roues en aluminium.
Tout d’abord, BMW a calibré son banc d’essai avec une roue en aluminium, pour voir quelles forces étaient impliquées. Ensuite, il a utilisé ces niveaux de force sur les jantes en carbone. Une enclume en forme d’angle à 90 degrés est enfoncée dans la jante de la roue, pour simuler le heurt d’un trottoir ou d’un obstacle sur la route à grande vitesse. Les jantes BMW sont conçues pour une sécurité intégrée : elles restent en une seule pièce et dégonflent lentement le pneu, de sorte que le pilote sait que la roue est endommagée, mais peut s’arrêter en toute sécurité.
Le département des tests a passé les tests officiels allemands TÜV pour l’approbation gouvernementale des roues en carbone. Mais ils ont ensuite répété les tests, après avoir endommagé la roue avec le test de destruction de l’angle du trottoir. Les roues ont quand même réussi tous les tests TÜV, même avec les dommages sur les jantes dus à la simulation de destruction par impact de trottoir à grande vitesse. Les ingénieurs de test ont même soumis les roues de vélo à la punition supplémentaire d’un test de roue de voiture – en vérifiant l’absorption des chocs latéraux et les tests de circulation de flexion, et encore une fois, ils ont réussi.
Les roues, le cadre et le bras oscillant sont également testés pour leur résistance à l’atterrissage de shit wheelies (tout aussi bien pour certains d’entre nous…), et également testés après des contraintes environnementales – ils sont chauffés et refroidis, trempés dans l’eau, frottés avec du sel dur, et généralement abusé. Les roues passent par des milliers de cycles de freinage dur pour vérifier comment elles supportent la chaleur à travers les supports de disque. Les ingénieurs déposent même un vélo entier sur un bloc de béton, simulant un vélo tombant de son support sur un trottoir et donnant aux rails du cadre un bon coup, pour voir si les résultats du test tiennent. Des trucs impressionnants.
La dernière chose que BMW nous a montrée était assez rusée – et applicable à des vélos beaucoup moins sophistiqués que la course HP4 de 65 000 £. Les ingénieurs avaient un bras oscillant en carbone (ci-dessus), qui peut être fabriqué sous trois formes différentes, en utilisant le même outil de moulage par injection. La forme la plus basique convient à une puissance de 30 à 50 ch, avec une construction en plastique renforcé de carbone – les nervures internes que vous pouvez y voir le rendent super rigide pour son poids. La prochaine version a des inserts en fibre de carbone placés à l’intérieur du même outil avant que le plastique renforcé de carbone ne soit injecté. Cela se forme ensuite autour des inserts en fibre de carbone plus solides – ce qui rend un bras oscillant légèrement plus cher, beaucoup plus rigide et peut gérer plus de 100 sorties de puissance bhp.
Enfin, les ingénieurs ont montré une autre version (ci-dessus), avec des plaques extérieures en fibre de carbone ainsi que les inserts moulés dans l’unité, qui peut supporter plus de 200 ch. Ainsi, le même moule coûteux peut être utilisé pour fabriquer une large gamme de bras oscillants, réduisant les coûts (le bras oscillant de base pourrait coûter seulement 30 € à produire, apparemment) et améliorant la flexibilité pour les ingénieurs de production.
Attendez-vous à ce que le carbone fasse son chemin dans la chaîne alimentaire du vélo – des innovations comme cette conception de bras oscillant montrent que BMW n’est pas seulement lié à l’utilisation des fibres fantaisie sur ses machines mégabucks. Des pièces de châssis en carbone à bas prix conçues pour les vélos de la classe ouvrière ? Sonne bien pour nous.
