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04/2013
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Journées de l’innovation BMW i 2013.
Table des matières.

1 Journées de l’innovation BMW i 2013.
(Résumé) 2

2 Journées de l’innovation BMW i 2013.
(Version longue)

2.1 Début d’une nouvelle ère –
la construction automobile se met au PRFC. 5

2.2 Rigueur sur le plan du développement durable :
la production de la BMW i3 à Leipzig fait appel à
une alimentation électrique sans émission de CO2. 12

2.3 Électromobilité : la voie est libre. 15

2.4 Sécurité et réparation du PRFC. 23







1 Journées de l’innovation BMW i 2013.
(Résumé)

B MW Group commercialisera avant la fin de l’année la BMW i3, une voiture électrique de série qui incarnera une nouvelle mobilité durable dans l’environnement urbain. Première voiture électrique premium, la BMW i3 relèvera ainsi les défis sociétaux, écologiques et économiques de notre époque. Le concept qui repose sur une architecture automobile à ce jour inédite n’exige pas seulement la mise en œuvre de matériaux de construction légère, mais aussi des méthodes de production innovantes. Là aussi, le développement durable joue un rôle éminent pour BMW Group. La BMW i3 a été le premier projet automobile auquel ont été fixés des objectifs de développement durable poursuivis avec autant de rigueur que les objectifs de poids, de qualité ou de coût. Ceci étant, le constructeur vise aussi à minimiser les répercussions de la production sur l’environnement. C’est pourquoi l’accent a été mis sur des aspects tels que l’approvisionnement en énergie et la consommation d’eau, les émissions de solvants et le retraitement des déchets.

Production de fibres de carbone à l’aide d’énergie éolienne et hydraulique.

Dès la production et la transformation des matières plastiques renforcées par fibres de carbone (PRFC), BMW attache la plus grande importance au respect de l’environnement et à l’économie des ressources naturelles ainsi qu’à une alimentation en courant produit dans toute la mesure du possible à partir d’énergies renouvelables. De ce fait, BMW Group garde la main sur toutes les opérations du processus, depuis la production des fibres jusqu’au recyclage des fibres et des composites. En témoigne très clairement la chaîne de production ultramoderne du PRFC qui commence à Moses Lake aux États-Unis, passe par Wackersdorf et Landshut, jusqu’à la finition à Leipzig. À Moses Lake par exemple, l’énergie électrique requise est à 100 pour cent d’origine hydraulique, alors qu’à l’usine de Leipzig, les besoins en courant électrique sont entièrement couverts grâce à l’énergie éolienne produite sur place.

Usine BMW de Leipzig : 100 pour cent de l’électricité d’origine éolienne.

C’est à plus d’un égard que l’Usine BMW de Leipzig est un site unique en son genre. Ainsi, l’énergie électrique nécessaire à la production automobile est produite directement sur place à partir d’énergie éolienne. Les quatre éoliennes implantées sur le terrain de l’usine fournissent plus de courant qu’il ne faut pour la production des modèles BMW i à Leipzig. Outre l’alimentation électrique sans CO2, l’usine se distingue par d’autres caractéristiques inégalées : par rapport à la production BMW, en moyenne déjà très efficace, la production de la BMW i y consomme 50 pour cent d’énergie et 70 pour cent d’eau en moins.

Fabrication de PRFC de série : fiabilité élevée des processus, cadences élevées.

La production de série de la BMW i3 à l’Usine BMW de Leipzig fixe de nouvelles références qui ne concernent pas que la protection de l’environnement. L’utilisation de composants en carbone est unique dans la construction automobile de grande série. En effet, la mise en œuvre du PRFC à grande échelle a été considérée jusqu’ici comme trop chère et leur transformation et leur fabrication comme trop longues et trop peu flexibles. Mais fort de plus de dix ans de recherche intense et d’optimisation des processus, des matières mises en œuvre, des installations et des outillages, BMW Group est aujourd’hui le seul constructeur automobile à disposer du savoir-faire requis pour utiliser le PRFC dans la construction de grande série. Le processus est d’ailleurs unique en son genre et les cadences sont étonnamment rapides, même pour des composants PRFC complexes. Il en va de même des procédés de collage spécialement mis au point pour l’assemblage entièrement automatique des différentes pièces dans le hall de construction des caisses.

Concept de recyclage unique au monde.

Enfin, dans le cadre des travaux d’étude portant sur la BMW i, BMW Group a développé, jusqu’à la mise en œuvre en série, un concept de recyclage unique au monde pour les composants PRFC, les pièces de carrosserie et les déchets de production triés. Les matériaux haut de gamme recyclables sont retraités selon différentes méthodes et soit réinjectés dans le processus de production soit mis en valeur dans d’autres applications afin de réduire le recours aux ressources naturelles précieuses. BMW a aussi prévu de réutiliser judicieusement les accumulateurs d’énergie hors d’usage.

Électromobilité : la voie est libre.

Atteignant une autonomie de 160 kilomètres, la BMW i3 répond à 99 pour cent des exigences de mobilité de ses utilisateurs dans les grandes agglomérations. Recharger la voiture est des plus simples et peut se faire tant à la maison que sur le lieu de travail ou sur une borne de recharge publique. Sous le label 360° ELECTRIC, BMW i propose aussi une gamme complète de produits et de services répondant aux divers besoins des clients. Enfin, BMW i travaille d’arrache-pied avec différents partenaires pour faire avancer l’extension de la structure de recharge publique, systèmes de réservation et de paiement conviviaux compris.

eDrive : fiabilité, sécurité, longévité.

La fiabilité et la sécurité des composants électriques jouent bien évidemment un rôle important pour BMW Group. Il est donc bon à savoir que la durée de vie de la batterie lithium-ion de la BMW i3 est au moins aussi longue que celle d’une voiture. S’en portent garants, par exemple, une gestion de batterie intelligente et un système de chauffage/refroidissement efficace, spécialement développé pour cette voiture. Comme tous les véhicules BMW, la BMW i3 répond d’ailleurs aux exigences élevées du constructeur qui vont au-delà des dispositions légales.

Facilité d’entretien et de réparation au niveau connu.

Même dans le cas très improbable d’une panne, il est possible de dépister les composants défectueux et de remplacer certains modules ou bien la batterie complète. Il en va à peu près de même des dommages qu’un accident peut causer sur la carrosserie. La facilité de réparation de la BMW i3 était en effet inscrite tout en haut de la liste des impératifs définis par le cahier des charges, dès la phase de conception. Ainsi, BMW a développé des méthodes de réparation rapides spécifiques à l’habillage extérieur en matière plastique et aux composants PRFC de la BMW i3. En tout, les frais de remise en état après un accident sont comparables à ceux d’une BMW Série 1.


2 Journées de l’innovation BMW i 2013.
(Version longue)
2.1 Début d’une nouvelle ère –
la construction automobile
se met aux PRFC.

L a construction légère rigoureuse est d’une grande importance surtout sur les voitures à moteur électrique car, outre la capacité de la batterie, le poids du véhicule est un facteur qui limite l’autonomie. Plus une voiture est légère et plus son autonomie sera grande, ne serait-ce que parce que le moteur électrique doit mettre en mouvement moins de masse à l’accélération. Et en ville, les phases de freinage et d’accélération s’enchaînent rapidement. Toutefois, un poids réduit n’augmente pas seulement l’autonomie, mais il se traduit aussi par une consommation d’énergie moindre et un gain de dynamisme. Enfin, la batterie peut être plus petite.

Production du PRFC à l’échelle industrielle.

Pour compenser le surpoids des composants électriques, BMW i mise donc systématiquement sur la construction légère et une utilisation innovante des matériaux choisis. La conception et la production des voitures ont par ailleurs été entièrement redéfinis d’emblée. Le module Life – soit l’habitacle de la future BMW i3 – est réalisé essentiellement en matière plastique renforcée par fibres de carbone, ou PRFC en abrégé. La mise en œuvre à cette échelle de ce matériau high-tech à la fois léger et résistant en cas de collision est unique dans la construction automobile de grande série, parce que l’emploi généralisé du PRFC a été considéré jusqu’ici comme trop cher et sa transformation et sa fabrication comme trop longues et trop peu flexibles. Mais BMW a reconnu très tôt le potentiel inhérent à ce matériau. Fort de plus de dix ans de recherche intense et d’optimisation des processus, des matières mises en œuvre, des installations et des outillages, BMW Group est aujourd’hui le seul constructeur automobile à disposer du savoir-faire requis pour utiliser le PRFC à l’échelle industrielle dans la construction de grande série. La fiabilité actuelle des processus, les cadences rapides et la qualité élevée des composants PRFC ainsi produits témoignent du degré de maturité atteint par le processus de production.

Reste néanmoins que les matériaux de construction légère, tels que l’aluminium ou les fibres de carbone, nécessitent plus d’énergie pour leur production que par exemple l’acier. Pour la production et la transformation, BMW attache de ce fait la plus grande importance à l’économie des ressources naturelles et à une alimentation en courant électrique largement exempte de CO2. Dans ce contexte, la consommation d’énergie et d’eau, les eaux industrielles usées, les émissions de solvants et le retraitement des déchets comptent parmi les objectifs essentiels. À cet égard, les économies réalisées sont la conséquence directe du nouveau concept de fabrication. « Propriétaire » de toutes les étapes du processus, BMW Group occupe avec la co-entreprise SGL Automotive Carbon Fibers (ACF) une position unique dans l’industrie – de la production des fibres à leur recyclage et à celui des composites (cf. chap. 2.4).

Moses Lake : production des fibres de carbone avec de l’énergie hydraulique.

C’est à partir d’une fibre textile thermoplastique de polyacrylonitrile, appelée précurseur, que la société SGL ACF fabrique les fibres de carbone à Moses Lake aux États-Unis. Tout d’abord, tous les éléments de la fibre textile sont soumis à un procédé complexe sous gaz comprenant plusieurs étapes pour être dissociés jusqu’à obtenir une fibre de structure graphitique stable constituée de carbone quasiment pur. Son diamètre n’est que de sept micromètres (0,007 millimètre). À titre de comparaison : un cheveu d’homme fait environ 50 micromètres. Pour l’utilisation dans la construction automobile, quelque 50 000 filaments individuels sont ensuite regroupés en stratifils, également appelés « rovings » ou « heavy tows », qui sont à leur tour embobinés pour le traitement ultérieur. Outre les applications automobiles, les assemblages de fibres de l’épaisseur susmentionnée sont aussi utilisés pour les grandes pales des rotors d’éoliennes, par exemple.

Dès la fabrication des fibres de carbone à Moses Lake, l’énergie requise est produite exclusivement à partir d’énergie hydraulique disponible sur place et est, donc, entièrement exempte de CO2. L’usine ultramoderne installée dans l’État américain de Washington s’impose aussi en référence sur le plan de l’efficacité énergétique. L’économie d’équivalent CO2 (potentiel d’émission de gaz à effet de serre) est d’environ 50 pour cent par rapport à la production conventionnelle du PRFC. Afin que la BMW i3 puisse quitter les chaînes de montage de Leipzig fin 2013 comme prévu, la production des fibres high-tech ultralégères a démarré dès la fin de l’année 2011. Deux lignes de production d’une capacité actuelle de 1 500 tonnes par an assurent l’approvisionnement requis. Ainsi, ces installations débitent dès aujourd’hui quelque 10 pour cent de la production mondiale de PRFC.

À ce jour, les deux sociétés mères, BMW Group et SGL Group, ont investi environ 100 millions de dollars américains dans les installations de production de Moses Lake et créé 80 emplois.

Wackersdorf : transformation en mats textiles.

Sur le deuxième site de la co-entreprise, le Parc d’innovation de Wackersdorf, les stratifils produits à Moses Lake sont transformés en des mats textiles légers. Contrairement à des tissus, les fibres ne sont pas entrecroisées ou tissées, mais disposées à plat les unes à côté des autres. Dans un tissu, les fibres seraient tordues, ce qui réduirait en partie leurs propriétés remarquables. En effet, c’est l’orientation des fibres dans le mat qui confère ses qualités optimales au composant qu’il formera.

Après un investissement de 20 millions d’euros et la création d’une centaine d’emplois, le site de Wackersdorf est désormais en mesure de produire plusieurs milliers de tonnes de mats de fibres de carbone par an. Ces mats constituent le matériau de base utilisé pour la fabrication de pièces et de composants en PRFC dans les Usines BMW de Landshut et de Leipzig.

Landshut : transformation en composants PRFC.

Les mats de fibres de carbone fournis par Wackersdorf sont transformés en pièces de carrosserie en PRFC dans les ateliers de fabrication de Landshut et de Leipzig. À Landshut, les spécialistes de BMW Group ont réussi au cours des dix dernières années à perfectionner et à automatiser le procédé de fabrication des composants PRFC de sorte à permettre aujourd’hui une production en grande série non seulement de haute qualité mais aussi économique et très fiable. Cela fait déjà un bon moment que les toits des modèles BMW M3 et M6 ainsi que les supports de pare-chocs de la M6 sont réalisés à Landshut en PRFC selon un procédé industriel.

Après avoir bénéficié d’un investissement de 40 millions d’euros et après le démarrage de la production carbone en mars 2012, le site de Landshut est considéré comme étant le Centre d’innovation et de production majeur pour les composants en PRFC. Pour garder le savoir-faire technique approfondi dans la transformation de matériaux de construction légère innovants, l’Usine de Landshut mise sur la formation de sa propre relève. C’est ainsi que le nombre d’apprentis est passé à 40 jeunes par an.

Leipzig : fabrication en interne de matériaux à formulation variable.

Le nouvel atelier d’emboutissage de l’Usine de Leipzig fait appel à la technologie la plus moderne qui soit pour l’utilisation de PRFC dans la construction automobile et devient ainsi atelier d’emboutissage et de moulage. Désormais, BMW produit ses propres composites à fibres de carbone dans une installation dimensionnée pour une production industrielle à grande échelle. Dans le nouvel atelier, la formulation, soit la composition, la résistance et la géométrie des composants PRFC, peut à tout instant être modifiée et adaptée individuellement pendant le processus de fabrication, en fonction des consignes données par les concepteurs. Dans le processus dit de préformage, le mat de fibres de carbone découpé livré par Wackersdorf est d’abord mis en forme. Un outil chauffant confère sa forme tridimensionnelle stable aux mats stratifiés. Ensuite, plusieurs préformés bruts peuvent être assemblés pour former un composant plus grand. Cela permet par exemple de réaliser des pièces de carrosserie de grandes dimensions qu’il serait difficile de fabriquer en aluminium ou en tôle d’acier. Après la confection et le préformage, suit l’application de résine sous haute pression selon la technologie RTM (Resin Transfer Moulding ou moulage par injection). Ce procédé connu de l’aviation et de l’aérospatiale, ainsi que de la construction de bateaux et d’éoliennes, consiste à injecter de la résine liquide sous haute pression dans les préformés bruts. Le matériau doit sa rigidité et ses excellentes propriétés à la liaison se formant entre les fibres et la résine et au durcissement consécutif.
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