De la volkswagen golf à la tesla model 3 : comment les lasers façonnent l’industrie automobile ?

L’e-mobilité, ou mobilité électrique, est en train de révolutionner l’industrie automobile et de devenir une priorité pour les constructeurs du monde entier. Dans ce contexte, les technologies lasers sont devenues un élément clé pour répondre aux défis de la production de masse de véhicules électriques.

Nb : cet article est le premier d’une série consacrée à l’utilisation des lasers dans l’e-mobilité

L’histoire de l’automobile

L’histoire de l’automobile remonte au 19ème siècle, lorsque les premières voitures à vapeur ont été construites. Cependant, ce n’est qu’à la fin du 19^ème siècle que les voitures ont commencé à devenir plus pratiques avec l’invention du moteur à combustion interne. Les premiers modèles de voitures étaient chers et réservés aux riches. En 1908, Henry Ford industrialise la production de la Ford T et invente la première automobile accessible au plus grand nombre.

Au cours du 20ème siècle, l’industrie automobile a connu une croissance rapide avec l’apparition de nouvelles technologies, de nouvelles marques et de nouveaux modèles. Les voitures ont également commencé à jouer un rôle de plus en plus important dans la société, avec des changements significatifs dans les modes de vie, l’urbanisation et l’infrastructure.

Au fil des années, les voitures ont évolué pour devenir plus sûres, plus écologiques et plus intelligentes, avec des systèmes d’assistance à la conduite avancés et des technologies de communication embarquées. Aujourd’hui, l’industrie automobile est un pilier de l’économie mondiale, avec des millions de voitures vendues chaque année dans le monde entier.

Le monde de l’automobile et sa capacité à s’adapter, va de nouveau être stratégique pour notre société dans les quelques décennies à venir pour faire face au défi de la neutralité carbone à l’horizon 2050, nécessaire pour contenir le réchauffement climatique à 1,5°C en moyenne sur Terre. En effet le transport représente 29% des émissions de gaz à effet de serre au niveau mondial, dont 54% sont dus aux véhicules particuliers. Les fabricants automobiles cherchent donc de nouvelles solutions énergétiques plus respectueuses de l’environnement. Les véhicules thermiques laissent de plus en plus de place au véhicules électrique ou hybrides. Il reste cependant de nombreux défis écologiques, industriels et politiques à résoudre pour rendre cette solution viable à long terme. L’avenir de l’automobile pourrait également se diriger vers les moteurs à hydrogène qui commencent à voir le jour.

Origine de l’e-mobilité

L’histoire de l’e-mobilité remonte au XIXe siècle.

• Dès 1830, le premier prototype de véhicule électrique voit le jour.
• En 1881, un premier modèle viable de voiture électrique est mis au point par trois français dont Camille Faure, électro-chimiste qui travaille à l’amélioration des batteries au plomb, Charles Jeantaud, constructeur automobile et Nicolas Raffard, ingénieur en mécanique.

À l’époque, les voitures électriques étaient, elles aussi, populaires auprès des classes aisées en raison de leur fonctionnement silencieux et de leur absence d’émissions.

Au début des années 1900, l’arrivée de Ford et la production de masse de voitures à essence a rendu l’e-mobilité moins attractive. Etant bon marché, plus puissantes et plus accessibles, les voitures thermiques ont monopolisé le marché durant le XXème siècle.

Au fil des années, l’e-mobilité a connu des hauts et des bas. Dans les années 1970, la crise pétrolière a relancé l’intérêt pour les voitures électriques. Cependant, les limitations des batteries ont freiné leur développement.

Ce n’est que dans les années 2000 que l’e-mobilité a connu une véritable renaissance, grâce à l’amélioration des batteries au lithium-ion et à l’augmentation des prix du pétrole. L’e-mobilité est en passe de devenir une alternative viable et attrayante aux voitures à essence. Tesla a joué un rôle clé dans le développement des véhicules électriques en popularisant cette technologie et en démontrant qu’elles peuvent rivaliser avec les voitures à essence en termes de performances et d’autonomie. Depuis les années 2010, le nombre de véhicules électriques n’a cessé de grandir et de nombreuses grandes marques automobiles se sont mises à l’exercice.

Le marché de l’e-mobilité

Dans un contexte politique favorable à la transition écologique, le marché de l’e-mobilité connaît actuellement une très forte croissance à l’échelle mondiale. Le nombre de véhicules électriques vendus dans le monde a été de 10 millions d’unités en 2022 contre moins de 1 million en 2015. Selon les prédictions de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), les ventes devraient continuer d’augmenter et atteindre les 14 millions d’unités en 2023, soit 35% de plus qu’en 2022. A l’horizon 2030, les véhicules électriques légers devraient représenter plus de 50% des ventes du marché automobile.

Cette croissance est principalement due à l’augmentation de la production de voitures électriques par les constructeurs automobiles. En 2035, il sera interdit de vendre des véhicules 4 roues de moins de 3.5 tonnes émettant du CO2 à l’échappement en Europe. Cet accord européen validé par les 27 membres de l’union européennes en 2023, pousse les constructeurs automobiles du monde entier à investir dans des technologies de batterie plus efficaces et à développer de nouveaux modèles de voitures électriques pour répondre à la demande croissante. Les entreprises énergétiques investissent également dans des solutions de recharge innovantes pour faciliter la transition vers la mobilité électrique. Enfin, les gouvernements du monde entier soutiennent la transition vers la mobilité électrique en proposant des subventions et des incitations pour l’achat de véhicules électriques. L’augmentation des prix du pétrole et la prise de conscience écologique poussent également les consommateurs à se tourner vers des moyens de transports électriques.

Actuellement, la Chine accapare près de 60% des ventes. L’Europe et les Etats-Unis sont les deuxième et troisième marchés les plus importants.

La popularité croissante du « tout électrique » se traduit par une concurrence de plus en plus rude entre constructeurs. Si l’on regarde les livraisons de voitures 100% électriques dans le monde, Tesla a conservé le rang de leader en 2022, avec une part de marché d’environ 18 %. Mais l’écart avec ses principaux concurrents ne cesse de fondre. À la deuxième place, le groupe chinois BYD, en forte progression, affiche une part d’environ 13 %. En comparaison annuelle, Tesla a perdu 3 % de part tandis que BYD en a gagné 4 %. Si ces tendances se poursuivent, les analystes prévoient que BYD pourrait dépasser Tesla autour du troisième trimestre 2023.

Malgré tout, l’industrie automobile fait actuellement face à un problème majeur, l’augmentation de la demande crée une pénurie de lithium, matériau essentiel pour la fabrication des batteries. Son prix a augmenté de plus de 500 % en 2022 et est la source de fortes tensions dans l’industrie automobile. Si aujourd’hui, il n’y a pas de mobilité sans pétrole, demain il n’y aura pas de mobilité sans batteries. Actuellement, l’Asie (Chine, Corée du Sud et Japon) jouit d’un quasi-monopole sur leur fabrication. Les constructeurs européens et américains ont donc tout intérêt à développer également leurs propres batteries afin de faire face à cette concurrence asiatique. Le nombre d’usine de batteries devrait donc significativement augmenter dans ces deux régions au cours des prochaines années.

L’histoire des lasers dans l’industrie automobile

Alors que Volvo est le premier constructeur automobile à avoir utilisé les technologies lasers en production, Volkswagen est l’entreprise qui a véritablement popularisé cette pratique. Dès le début des années 1990 le groupe TRUMPF a commencé à utiliser des lasers pour le soudage de tôles automobiles, et est aujourd’hui le leader mondial dans cette application. En 2003, le groupe Volkswagen utilisait déjà plus de 450 lasers en opération dans plusieurs usines à travers le monde. Les lasers sont utilisés pour souder une variété de composants de carrosserie, notamment les portes, les toits, les capots, les cadres latéraux, les montants, les soubassements et les couvercles de coffre. Cette technologie permet une soudure plus précise et plus rapide, en particulier pour les tôles d’acier zingué, et est devenue une norme de l’industrie automobile moderne.

L’industrie automobile est l’un des secteurs qui utilise le plus de technologies lasers. En effet, les avantages du laser dans ce domaine sont nombreux et significatifs :

• Haute précision : Les lasers modernes sont extrêmement précis et offrent des résultats de haute qualité, même sur des pièces avec des variations de positions importantes. Les caméras de vision et les configurations optiques spéciales permettent de réduire les erreurs et de garantir une qualité constante.
• Changements pratiques : Les changements de système sont rapides et peuvent être entièrement automatisés grâce à des logiciels spécifiques.
• Vitesse de traitement élevée : Les lasers ont une vitesse de traitement élevée, ce qui permet d’augmenter la productivité des constructeurs automobiles.
• Diminution des déchets : Les lasers fonctionnent sans consommables, ce qui réduit considérablement le gaspillage. Ils ne provoquent pas non plus d’usure de l’outillage, ce qui réduit encore les déchets.
• Accueil de petits espaces de fabrication : Les machines laser sont désormais plus compactes et peuvent fonctionner efficacement dans des espaces restreints.
• Flexibilité : Les lasers sont polyvalents et peuvent être utilisés dans différents processus tels que le nettoyage, le perçage, le soudage, la gravure et le marquage. Les paramètres du laser peuvent également être modifiés à tout moment, ce qui permet d’effectuer plusieurs opérations. De plus, les lasers peuvent traiter des surfaces complexes et une géométrie difficile à traiter avec des outils standards.

Ainsi, les applications des technologies lasers sont nombreuses dans l’industrie automobile. Ils servent par exemple à percer des trous, couper des matériaux, faire des gravures, traiter des surfaces … La soudure laser reste un cas d’application très répandu.

L’utilisation croissante de pièces légères (plastiques, aluminium …) permettant d’améliorer les performances de la voiture ont également favorisé l’utilisation des lasers car elles sont souvent plus difficiles à usiner (déformations, défauts, pertes de propriétés …).

E-mobilité : des nouveaux besoins

Ces nouvelles tendances sont accentuées par la démocratisation des véhicules électriques. En effet, le processus de fabrication automobile nécessite de nombreuses améliorations pour répondre aux nouvelles exigences. Tout d’abord, la performance des véhicules est l’un des enjeux principaux. De nombreux ingénieurs travaillent quotidiennement pour améliorer l’autonomie des batteries, leur recharge et leurs performances afin d’attirer un maximum de consommateurs vers l’e-mobilité.

De plus, les véhicules sont de plus en plus complexes et techniques. Les coûts de fabrications des véhicules électriques sont très élevés et cela se répercute sur les prix de ventes. Les industriels ont donc tout intérêt à optimiser les méthodes de fabrication et trouver de nouveaux processus d’industrialisation plus efficaces pour répondre aux enjeux de demain.

Les besoins en termes de soudure du cuivre et de l’aluminium ont notamment explosé avec cette nouvelle tendance. En effet, le cuivre est utilisé comme conducteur électrique et l’aluminium pour compenser le poids important des batteries et pour ses propriétés de conduction thermique. La soudure de ces deux matériaux est, à l’heure actuelle, encore délicate. Des solutions sont donc encore à développer dans les années à venir. Une partie de la solution se trouve dans les technologies lasers qui permettent d’améliorer les processus de soudage, de découpe, de traitement de surface …

Plus particulièrement, la mise en forme de la lumière, propose d’optimiser la forme du faisceau laser en fonction du besoin pour en augmenter les performances. C’est justement, ce que permet de faire la gamme CANUNDA de Cailabs. Par exemple Cailabs propose un module de mise en forme permettant de générer un spot très intense entouré d’un anneau idéal pour le soudage du cuivre en infrarouge.

Dans les articles suivants, nous nous concentrerons justement sur les principaux procédés lasers qui pourront être améliorés en utilisant les produits de la gamme CANUNDA de Cailabs.

 Références : 

(1) Lasers in the automotive industry, what you need to know – baba-blog.com . Lire l’article

(2) Le laser, histoire d’une découverte lumineuse – CNRS Le Journal.  Lire l’article

(3) Les avantages du laser dans l’industrie automobile – Sociétés Industrie. Lire l’article

(4) L’histoire de la machine de découpe laser – Outillage industriel. Lire l’article

(5) Les ventes de véhicules électriques dans le monde vont s’envoler en 2023, selon les prévisions de l’AIE – L’Usine Nouvelle . Lire l’article

(6) Fin des moteurs thermiques en 2035 : que contient l’accord, quelles voitures pourront encore rouler après cette date ? – Midi Libre . Lire l’article

(7) Histoire de la voiture électrique : une évolution impressionnante ! – BEQ Technology. Lire l’article 

(8) Voitures électriques : les constructeurs chinois montent en puissance – Statista . Lire l’article 

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Par Adrien Douard

Actuellement élève ingénieur spécialisé en génie industriel à l’ECAM Rennes, Adrien Douard a effectué une année de Management d’Opération à L’ESSCA d’Angers. Adrien porte un intérêt particulier à l’industrie automobile et ses processus. A Cailabs, Adrien est assistant chef de produit, il contribue au développement et à la commercialisation de la gamme CANUNDA, qui permet d’optimiser la qualité et le rendement des procédés d’usinage laser.

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