Le dilemme de la conception des véhicules électriques : concilier le poids de la batterie et l’utilisation de matériaux écologiques

Avez-vous déjà consulté les spécifications d'un véhicule électrique moderne et vous êtes-vous demandé comment les ingénieurs parviennent à garantir sa sécurité structurelle tout en intégrant une batterie aussi imposante ? C'est un véritable défi. D'un côté, la lourde batterie de traction exige une protection physique robuste et une gestion thermique efficace. De l'autre, il faut composer avec des réglementations internationales strictes visant à réduire le poids des véhicules et à minimiser les émissions de carbone sur l'ensemble de leur cycle de vie. Si vous êtes ingénieur automobile, vous connaissez bien ce dilemme.

Historiquement, la résolution de ces problèmes impliquait d'interminables allers-retours entre les concepteurs CAO et les spécialistes de la simulation. Lorsqu'une simulation de collision révélait un défaut structurel, des semaines s'étaient écoulées et la conception était déjà bien avancée. Aujourd'hui, cette approche lente et cloisonnée n'est plus viable. Denis Schmitz, pionnier de l'automobile, démontre comment dépasser ces barrières traditionnelles en combinant des éco-matériaux de pointe à un flux de travail unifié de modélisation et de simulation, comme le souligne le blog 3DS. Grâce à CATIA, SIMULIAet la 3DEXPERIENCE , les ingénieurs peuvent désormais concevoir, simuler et suivre simultanément les impacts environnementaux.

Qu'est-ce que MODSIM et pourquoi transforme-t-il l'ingénierie des véhicules électriques ?

Si vous êtes las d'exporter des fichiers STEP, de reconstruire des maillages et de perdre des données cruciales lors des transferts de projets entre services, découvrez MODSIM (Modélisation et Simulation). Ce paradigme transforme la simulation, d'un outil de validation en fin de processus, en un moteur actif de la phase de conception initiale. Au lieu de considérer la CAO et la simulation numérique comme des disciplines distinctes, MODSIM les unifie sur un modèle de données unique au sein de la 3DEXPERIENCE .

Lorsque vous modifiez une fonction paramétrique dans CATIA, le modèle par éléments finis correspondant dans SIMULIA est automatiquement mis à jour. Ce flux numérique continu élimine les erreurs de conversion et réduit considérablement les cycles de développement. Pour les architectures complexes de véhicules électriques, où les boîtiers de batterie doivent également servir d'éléments porteurs, cette boucle de rétroaction en temps réel est un atout majeur. Elle permet aux équipes de conception d'effectuer des dizaines d'itérations structurelles en un temps équivalent à celui nécessaire pour une seule auparavant.

Concevoir avec des éco-matériaux : au-delà des métaux traditionnels

Pour atteindre des objectifs ambitieux de décarbonation, il est indispensable de dépasser les matériaux traditionnels comme l'acier et l'aluminium. Les ingénieurs explorent de plus en plus les composites sandwich de pointe, voire les matériaux à base de bois, pour la fabrication d'éléments structurels et semi-structurels. Par exemple, Schmitz s'est associé à StrongByForm pour développer une structure de toit sandwich légère, conçue pour optimiser l'espace pour la tête des passagers tout en garantissant une excellente résistance aux chocs et une isolation thermique optimale.

Comment ces matériaux alternatifs se comparent-ils aux métaux automobiles traditionnels ? Le tableau ci-dessous présente les compromis que les ingénieurs doivent évaluer dès les premières étapes de la conception :

L'évaluation de ces options exige bien plus que de simples essais mécaniques. Il est également indispensable de comprendre le comportement de ces matériaux sous des contraintes extrêmes, et c'est là que la simulation avancée entre en jeu.

Simulation de la sécurité : résistance aux chocs et protection de la batterie

Dans un véhicule électrique, la batterie est le composant le plus vulnérable et le plus coûteux. La protéger lors d'un choc latéral contre un poteau ou d'une collision frontale légère exige une maîtrise parfaite des contraintes. Il est impératif d'éviter toute incertitude quant à l'emplacement des déformations structurelles.

Grâce à SIMULIA sur la 3DEXPERIENCE , les ingénieurs peuvent réaliser des analyses quasi-statiques et des simulations dynamiques de collision directement sur le modèle CAO actif. Ceci permet de visualiser la déformation d'un toit en composite sandwich ou d'un panneau de plancher en bois sous charge. En identifiant rapidement les points de défaillance potentiels, il est possible d'apporter paramétriques à la conception et d' optimiser la topologie afin de renforcer les zones fortement sollicitées tout en réduisant la quantité de matériau dans les zones peu sollicitées. Il en résulte une structure légère et hautement optimisée qui garantit la sécurité des occupants et l'intégrité de la batterie.

Suivi de chaque gramme de CO2 avec l'application EcoDesign

La véritable durabilité ne se limite pas aux émissions à l'échappement ; elle englobe l'ensemble du cycle de vie du véhicule. C'est là que l' application EcoDesign de la 3DEXPERIENCE devient indispensable. Intégré directement à l'espace de travail d'ingénierie, cet outil permet de réaliser une analyse du cycle de vie (ACV) complète dès la conception.

Le logiciel suit les émissions de carbone tout au long de la chaîne de valeur, notamment :

• Extraction et transformation des matières premières
• fabrication de produits semi-finis
• Logistique et transport de la chaîne d'approvisionnement
• phase d'utilisation active du véhicule
• Scénarios de recyclage et d'élimination en fin de vie

En intégrant directement les données d'analyse du cycle de vie (ACV) au jumeau numérique, les équipes d'ingénierie peuvent prendre des décisions éclairées. Par exemple, il est possible de comparer instantanément l'empreinte carbone d'un composite biosourcé par rapport à celle d'un alliage d'aluminium recyclé, garantissant ainsi la conformité de la conception aux indicateurs clés de performance (KPI) de développement durable de l'entreprise avant même la fabrication d'un prototype physique.

Concilier durabilité et viabilité économique

Un design écologique n'est réussi que s'il peut être produit à grande échelle et à moindre coût. Choisir un matériau composite de pointe nécessitant des presses imposantes et un outillage complexe peut se justifier pour une supercar produite en petite série, mais c'est totalement inadapté à un véhicule de tourisme grand public.

Grâce à l'environnement unifié 3DEXPERIENCE , les ingénieurs peuvent évaluer les technologies de production et les coûts d'outillage parallèlement aux performances des matériaux. Cette vision globale garantit une parfaite adéquation des processus de fabrication aux volumes de production visés. Elle évite les coûteuses modifications de conception en fin de cycle et assure la viabilité commerciale et le respect de l'environnement de votre véhicule électrique durable.

Êtes-vous prêt à faire tomber les barrières entre vos équipes de conception et de simulation pour construire la prochaine génération de véhicules durables ?

Ce guide s'appuie sur des informations provenant du blog officiel de DS.

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