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L’arme secrète de Tesla : La Giga Press

C’est la nouvelle marotte de l’industrie automobile : les méga-presses de fonderie. Popularisée par Tesla, qui en utilise depuis 2020, cette technologie vient d’être adoptée par Volvo. Début février, le constructeur annonçait un investissement colossal d’un milliard d’euros dans son usine de Torslanda (Suède) pour moderniser le site et se doter d’une presse géante pour mouler des grandes pièces de carrosserie. Complexes et coûteuses, ces machines pourraient devenir incontournables pour diminuer le coût de production des voitures, et intéressent tout le secteur.

Giga-machines pour giga-économies

En reprenant le préfixe favori d’Elon Musk, Tesla utilise déjà des « giga-presses » dans ses usines de Fremont (États-Unis), Shanghai (Chine) et Berlin (Allemagne). En mars 2021, l’entreprise revendiquait la plus grosse presse dans le monde : une machine capable d’appliquer une force de 8 000 tonnes.

Une fois de plus, le champion américain des voitures électriques applique sa méthode : réduire la complexité, diminuer les coûts. Les méga-presses permettent de supprimer une multitude de petites pièces en coulant des ensembles en aluminium plus grands. « Nous sommes littéralement en train d’essayer de produire des voitures taille réelle comme les voitures miniatures sont fabriquées », fanfaronnait Elon Musk sur Twitter dont il sera bientôt le PDG également.

« Au lieu de faire plusieurs pièces métalliques qu’il faut ensuite assembler, souder et riveter, vous ne faites qu’une seule pièce. Sur des presses de 4 000 tonnes, vous pouvez passer de 96 pièces à une seule. Assembler des pièces, cela représente des machines, du temps, des opérateurs et le risque de rater certains assemblages », analyse Eric Espérance, associé chez Roland Berger. Le dessous de caisse arrière de la Model 3 comportait 70 éléments de métal dans les premières productions. En 2020, sur la même partie de la Model Y, Tesla expliquait avoir réduit le nombre de pièces à deux. Soit une coupe de 40% dans les coûts ! Un nombre qui devrait faire pâlir d’envie les « cost killers » du secteur.

Comparaison

  • À gauche : La structure du châssis est assemblée avec 171 pièces métalliques et 1600 soudures
  • À droite : La structure du châssis est réalisée en 2 pièces seulement !

Tendance continue

Faut-il pour autant parler d’une révolution ? « On observe une tendance continue à l’augmentation de la taille des machines, mais la fonderie sous pression est très répandue dans l’automobile, car elle permet de produire des pièces en masse à bas coût », rappelle Patrick Hairy, responsable du pôle métallurgie au centre technique spécialisé CTIF. Mais si le terme de « giga-presse » relève davantage du marketing que d’une catégorie bien définie, les machines géantes font néanmoins rupture dans la production automobile, plus habituées à des presses de maximum 2 500 tonnes qui viennent former les carters automobiles d’une quinzaine de kilos tout au plus.

Mais même avec des presses de 20 mètres capables de comprimer une 80 kg d’aluminium d’un coup, le principe ne change pas. Après plusieurs étapes de chauffe jusque 850 °C et de filtrage pour préparer l’alliage métallique et le débarrasser de ses scories, ce dernier est injecté à 10 m/s au sein d’un moule réutilisable, compressé le temps de la solidification pour supporter la poussée du métal et éviter la formation de porosités. La pièce est ensuite démoulée par un bras robotique – le moule a été préalablement graissé pour faciliter l’opération – pour finir de refroidir à l’extérieur de la presse. Cette technique ancienne, qui permet de former des pièces fines et complexes de manière précise et rapide, nécessite de très gros volumes pour rentabiliser le coût de fabrication du moule, qui peut représenter 10-15% du prix de la presse, « soit plusieurs millions d’euros », décrit Patrick Hairy.

Pour bénéficier des avantages de la haute pression tout en proposant des pièces assez solides pour servir de structure, Tesla ne s’arrête pas à la machine. L’entreprise d’Elon Musk injecte « un alliage d’aluminium spécifique (EN AC-Al Si8CuMnFeMgZnVTiNiZrPbSb), avec une faible teneur en fer, qui apporte des performances mécaniques », éclaire Patrick Hairy. Autre technologie mobilisée par Tesla : « L’injection au sein du moule se fait sous vide afin de limiter encore les porosités et d’obtenir de meilleures performances mécaniques », ajoute le spécialiste.

Grandes presses, gros problèmes

De quoi intéresser les constructeurs automobiles comme les fabricants de presses qui, à l’instar de l’italien Idra Group ou l’allemand Bühler, proposent des machines toujours plus monumentales. Mais ces nouvelles presses ne seront pas simples à intégrer, prévient Patrick Hairy. Premier problème : les usines existantes n’ont pas forcément l’espace suffisant pour accueillir de tels édifices, et les robots ou ponts roulants tout aussi colossaux qui les accompagnent, rappelle l’expert. Il note qu’il est plus simple de « construire l’usine autour des presses ». Autre incertitude : le « manque de recul sur ces machines et leur taux de rendement synthétique », pointe encore Patrick Hairy. Pour lui, les presses les plus grosses ne se réparent pas facilement et leurs pannes peuvent immobiliser des usines entières.

Malgré ces désavantages, le patron de Tesla croit dur comme fer à l’avenir de cette technologie. Et la croissance des méga-presses pourrait se poursuivre pour fondre des pièces de plus en plus grandes. « Elon Musk parle de faire une caisse en blanc pratiquement en un seul coup. Vous gagnez presque 400 pièces ! Cela nécessitera des presses assez énormes parce que la surface développée est tellement grande qu’il faut beaucoup de pression. C’est la suite logique », anticipe Eric Espérance.

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