La clé de 13 : Le plastique et l’automobile ancienne

Quand on parle de plastiques dans une voiture, on pense immédiatement aux voitures des années 80 et aux tableaux de bords. Mais finalement, quand on creuse un peu, on s’aperçoit que ce terme générique s’applique à beaucoup de choses et on retrouve du plastique bien avant ça !

Qu’est-ce qu’un plastique ?

La matière plastique, communément appelée “le plastique”, est définie par le Larousse comme étant “un mélange comportant, comme composant fondamental, une substance macromoléculaire, et possédant, en général, la propriété d’être moulé ou modelé”. Pour éviter cela, et surtout comprendre leur place dans le monde de l’automobile, on va commencer par classer ces plastiques en 3 grandes familles :

• les élastomères qui ont la particularité d’avoir des propriétés élastiques
• les thermoplastiques qui comme leur nom l’indique se ramollissent sous l’effet de la chaleur
• les thermodurcissables, qui, à l’inverse, durcissent quand la température augmente

Et plutôt que de définir chacun d’entre eux, voyons d’abord où on les retrouve dans nos voitures.

Les utilisations des plastiques dans l’automobile

Les élastomères

Les pneus

Et oui, les pneus sont des plastiques. Pour la petite histoire, c’est Hancock qui en 1820 a broyé et compressé du caoutchouc naturel pour en améliorer l’élasticité et la mise en forme. En 1842, Charles Goodyear invente le processus de vulcanisation, augmentant par là-même la résistance au vieillissement du caoutchouc naturel. A partir de là, on a la base, mais pas le produit.

Le premier pneu est donc inventé 3 ans plus tard par Robert William Thomson, le 10 décembre 1845. Mais comme toute innovation, il faut que le contexte se prête à son développement, ce qui n’était pas le cas : les chariots de l’époque étaient trop lourds et les pneus n’apportaient rien.

Mais l’idée était là, et en 1887 soit 40 ans plus tard quand même, un certain John Boyd Dunlop dépose le brevet qui va tout changer : le pneu souple, gonflé à l’air, optimisation de la version de Thomson. Un an plus tard, Dunlop dépose le brevet du pneu à valve : le caoutchouc est poreux, et avec le temps, l’air s’échappe et il faut donc le regonfler!

Très vite les pneus à valve deviennent la règle. En 1892, les frères Michelin inventent le pneu démontable qui, à quelques évolutions de détail près, équipe encore auto, motos, vélos et, globalement, presque toute roue de véhicule.

Au niveau matériau, tout reste donc naturel, à base de latex, jusqu’en 1907, où l’allemand Fritz Hofmann, travaillant pour Bayer, formule le caoutchouc de synthèse, dérivé du pétrole. Il sera utilisé dès la première guerre mondiale sur les pneus des véhicules de l’armée allemande, armée qui était privée des ressources naturelles de latex.

Durant la seconde guerre mondiale, ce sont les américains qui basculent vers la synthèse. Le reste du monde reste en caoutchouc naturel, et la carcasse radiale inventée par Michelin en 1946 reste développée sur cette base. Ce n’est qu’en 1958 que la France commence à produire du caoutchouc de synthèse.

Ensuite, sans rentrer dans le détail, différentes formulations pour le caoutchouc de synthèse ont été développées, pour privilégier les propriétés recherchées en fonction des applications.

Joints, durits et compagnie

Pour ces pièces, on fait feu de tout bois… Ou plutôt de tout matériau. Tout dépend du joint. C’est certain qu’un joint qui est accolé au moteur ne va pas avoir la même résistance thermique qu’un joint de portière. Une durit de lave-glace n’aura quant à elle pas la même résistance aux hydrocarbures qu’un joint de filtre à huile ou une durit d’essence…

Il y a les caoutchouc qui, en fonction de leur formulation, auront des propriétés de résistance chimique variable : les EPDM et caoutchouc naurels seront utilisés pour les joints de portières ou les durits de lave-glace, tandis que les joint “nitrile” ou “NBR” résisteront aux hydrocarbures, par exemple.

Depuis quelques années, le silicone fait son apparition. Ce matériau de synthèse a été inventé par hasard en 1938 par l’américain J.F. Hyde. Les silicones ou polysiloxanes sont des composés à base d’oxygène et de silice (de sable, en quelque sorte). Ils ont des propriétés physico-chimiques spécifiques et surtout, une souplesse d’utilisation inconnue au niveau du caoutchouc, qui leur permet de se substituer à certains joints fibres ou métalliques au niveau des étanchéités du bloc moteur, notamment.

Enfin, dans ce monde complexe du joint et de la durit, on peut aussi citer les Polyuréthanes (aussi écrit polyuréthannes), ou PU, découverts par Bayer en 1937, bien que la réaction à la base de leur formation ait été formulée presque un siècle plus tôt, en 1849, par Wurtz. Et dans le genre matériau à tout faire, les PU sont les champions : pratiquement tous les mastic-colles sont à base PU, et pour vous donner une idée de leur diversité, certaines poulies et certains accessoires habitacle ou moteurs sont en PU, mais aussi, dans d’autres domaines, les préservatifs, le Lycra, ainsi que certains coatings et colles sont en PU!

L’idée n’est pas d’être exhaustif, mais avant de choisir un joint, une durit ou une pièce technique elastomère, il est important de savoir ce dont on a besoin et ce que l’on achète!

Les plastiques thermodurcissables

Le point de départ de cette famille de plastiques, c’est la bakélite. Ce matériau de synthèse a été utilisé “à toutes les sauces” très rapidement dans l’automobile. C’est souvent l’invention de la bakélite qui est prise comme référence des matériaux plastiques de synthèse car c’est le plus ancien plastique industrialisé, développé en 1909 par le chimiste américain d’origine belge, Leo Hendrik Baekeland (d’où le nom).

Pour briller en société, ou tout simplement pour quelques exercices de diction, voici le nom exact de la bakélite : l’anhydrure de polyoxybenzylméthylèneglycol…

Les freins

Le freinage, au début, était en fait un ralentissement généré par la friction de 2 métaux l’un sur l’autre, en général acier pour la partie écrasée et bronze pour la garniture. Au passage, c’est Bertha Benz qui est à l’origine de la plaquette de frein lors de son voyage d’agrément de 1888.

Heureusement, le freinage a pu évoluer et surtout s’améliorer quand le bronze a été remplacé par de la bakélite chargée d’amiante pour une meilleure résistance à l’usure et à l’échauffement, et pour une efficacité accrue.

C’est Ferodo en 1902 qui, le premier, présenta cette solution et en 1922, Austin a été le premier constructeur à utiliser en équipement d’origine des garnitures Ferodo sur sa Seven. Avec l’évolution des plastiques et des élastomères, les plaquettes de frein ont évolué pour ce qui est du matériau support et la bakélite a laissé place à des mélanges résine/caoutchouc ou des résines thermodurcissables seules.

Quand l’amiante a été interdite dans les années 90 (Ferodo a été le premier à arrêter l’amiante en 1980) car toxique et générateur de cancers du fait de l’inhalation de fibres, les chercheurs ont développé des garnitures qui au début, pouvaient laisser perplexe quant à leur efficacité par rapport aux “amiantes”. Mais aujourd’hui, ces matériaux de substitution ont largement rattrapé leur retard en résistance à l’échauffement. C’est vrai qu’elles ont souvent tendance à compenser cela par une usure plus rapide…

Volant et autres accessoires

Le volant, et parfois le pommeau de levier de vitesse et les commodos ont également très vite été réalisés avec ce “matériau aux mille usages”. Elle était beaucoup plus simple à travailler que le bois ou le métal. De plus, elle présentait des atouts intéressants comme une assez bonne résistance aux UV et à la chaleur ainsi qu’une bonne rigidité et une certaine légèreté. Mais avec le vieillissement, la bakélite se craquelle, part en morceaux et il est très compliqué de la réparer.

La bakélite a été également très utilisée dans le moteur, et notamment au niveau du rotor de distribution (le doigt d’allumeur) et la tête d’allumage (le Delco), pour ses propriétés de résistance à la température et de bon isolant électrique.

Voilà pour les principaux usages.

Les thermoplastiques

Leur nom vient de leur propension à se ramollir sous l’effet de la chaleur, ramollissement réversible lorsque la température revient à la normale. De même, la plupart peuvent être dissous par des solvants (comme l’acétone, par exemple), et ils sont pour la plupart recyclables.

Des plastiques pour remplacer le verre

On retrouvera ces thermoplastiques sur les lunettes arrière des capotes de cabriolets des années 80 et 90. Ce sera en général du Rhodoïd® (Rhône-Poulenc Celluloïd) flexible.

Le plexiglass (PMMA, pour acronyme) rigide, sera utilisé en lieu et place des vitres latérales et arrière de beaucoup de véhicules de compétition, pour son poids plume et sa résistance aux chocs.

Les habillages

Pour les habillages, ce n’est pas la peine de chercher des plastiques dans les avant-guerres. A cette époque, cuir, métaux, bois et tissus régnaient en maîtres absolus. Les plastiques commencent à apparaître avec les années 50, voire les années 60. En 2000, la proportion de plastiques correspondait à quasiment 20% en poids de l’auto.

C’est aussi l’avènement des voitures populaires et l’entrée de l’automobile dans toutes les familles qui ont imposé aux constructeurs de trouver des solutions permettant de contenir le prix des autos tout en augmentant les cadences de production.

Ainsi, dans l’habitacle, les tableaux de bord minimalistes des années 50/60 se sont complexifiés, les garnissages des portières s’est étendu à tout l’habitacle pour, dans les autos de la fin du XXe siècle, ne plus laisser apparaître de zone en tôle.

Pour les sièges, il y a eu les années 70 où le skaï, le simili cuir, s’est imposé dans beaucoup de modèles, mais vu son inconfort (gelé en hiver et cuisant en été), a vite été retiré dès les années 80.

Parmi tous ces plastiques d’habitacle, on trouvera notamment les thermoplastiques, comme le PVC, le PP, le PE, l’ABS ou l’ASA… Pas de souci, on fait un tour rapide !

Le PVC, Polychlorure de Vinyle, composé par du pétrole et du sel de mer (vraiment pour simplifier au max !) est souvent utilisé sous forme souple dans le milieu automobile. Il présente l’avantage de pouvoir être soudé à froid avec un adhésif spécial (ou colle PVC).

On trouve aussi tous les styrènes et dérivés. Tout le monde connaît les polystyrènes compacts ou expansés, ou l’ABS (pas celui des freins!) qui craint énormément les UV mais est plutôt assez rigide avec un bel aspect de surface. Mais dans les dérivés de styrènes les plus récents, on trouve l’ASA qui est au contraire, extrêmement résistant aux UV, ce qui permet aux couleurs de durer dans le temps.

L’ASA est le matériau que l’on retrouve sur pratiquement tous les carters plastiques des outils de jardin. Lorsque l’on veut un matériau très rigide et très résistant aux rayures, on se dirigera plutôt sur un SAN. Bref, dis-moi tes propriétés, je te dirais quel styrène tu es !

Pour les polyoléfines (dérivés de pétrole à 100%), très souples et relativement élastiques, on retrouve essentiellement :

• Le PP, polypropylène, de loin le matériau plastique le plus utilisé dans les autos modernes. Il est relativement rigide et son toucher peut être assez soyeux.
• Le PE, Polyéthylène, avec ses variantes principales LLDPE très souple (c’est la matière des sachets plastiques) et HDPE (plus rigide). Plus souple que le PP, c’est sa résistance aux UV et son toucher qui sont améliorés.

Les polyoléfines se soudent à chaud essentiellement et parfois s’assemblent par collage “hot-melt” (collage à chaud).

Ces caractéristiques des thermoplastiques expliquent souvent les problèmes que l’on rencontre à “réparer” un tableau de bord ou un revêtement de malle. En général, des thermoplastiques de compositions chimiques différentes ne s’assemblent pas entre eux.

Le cas particulier de la carrosserie

Le succès des matériaux plastiques et les progrès réalisés dans leur chimie ont même conduit les constructeurs à les utiliser pour la carrosserie. En après-guerre, c’est surtout le PRV qui a eu les faveurs des carrossiers et designers. Les formes étaient faciles à travailler, et le poids de l’auto gagnait très vite quelques kilos !

Entre une Ferrari 308 GTB et son homologue Vetroresina, ce sont près de 200 kg d’écart sur la balance selon le constructeur (1260 kg contre 1090 kg). De plus la résine/fibre de verre permet d’obtenir des coques plutôt rigides, facilement.

Chez Alpine, avant d’utiliser le PRV (6 cylindres cette fois) le matériau PRV avait déjà fait ses preuves. Pour Trabant, c’est une résine Duroplast (base phénol comme la bakélite) armé de fibres qui est utilisé. Chez Matra, la Bagheera est également un bel exemple de la maîtrise de la carrosserie en résine et fibre de verre. Trois exemples parmi d’autres, puisque presque tous les constructeurs ont tenté l’aventure en série ou en compétition.

Le gros inconvénient, c’est qu’au moindre choc, tout part en éclat. Bon, un coup de mat et c’est réparé, mais au final, il faut maîtriser son sujet pour faire du bon travail, comme pour de la carrosserie métal.

Parmi les voitures françaises de grande série en “plastique” les plus emblématiques, on citera la Citroën BX dont le capot, l’enjoliveur de baie de pare-brise, les panneaux de custodes, la trappe à carburant et le hayon de coffre sont en matériau composite moulé à froid. Mais ici, bien que l’injection plastique soit utilisée, on est sur un principe de RTM (Résin Transfert Moulding), moulage de résine thermodurcissable.

Puis arrivèrent les années 70. Aux Etats-Unis, les pare-chocs ont toujours été surdimensionnés. Ainsi, en 1968, General Motors a troqué les boucliers métalliques armés de solides butoirs caoutchouc par des blocs pare-chocs “Endura” en plastique teinté dans la masse sur sa Pontiac GTO. Cette base reste cependant encore plutôt de type élastomère, plutôt que thermoplastique, mais la révolution des carrosseries est en marche.

Au niveau des pare-chocs, il faut attendre les années 80 pour voir arriver des thermoplastiques moulés. Ces nouveaux boucliers ont en général une âme métallique ou PRV, enrobée de mousse PU et sont recouverts d’une combinaison Polycarbonate/ABS de finition, ce matériau se prêtant bien à l’application durable de peinture. Les fameux pare-chocs couleur caisse.

Mais on retrouve les thermoplastiques également dans certains éléments de carrosserie, et notamment les ailes et les ouvrants. Les thermoplastiques n’offrent pas la rigidité suffisante pour permettre de construire l’intégralité de la caisse, et surtout, sont soumis à de la dilatation en fonction des températures externes, ces dilatations étant différentes pour chaque plastique, il serait difficile d’avoir un assemblage ajusté des éléments entre eux.

Malgré cela, Citroën a sorti en 1968 un OVNI, la Méhari. Tous les panneaux de carrosserie sont en thermoplastique. Mais afin de préserver la couleur, teintée dans la masse, et limiter les effets de la dilatation tout en conservant une certaine rigidité, chaque panneau est en ABS/PMMA, une matériau multicouche. Combiner de l’ABS et du PMMA, permet également d’augmenter la résistance aux chocs. Le PMMA permet d’obtenir l’aspect, la couleur et le grain, en résistant bien au soleil, tandis que l’ABS assure la forme et la résistance mécanique de l’élément.

Citroën reste un peu seul sur ce créneau, et c’est Renault, qui, en 1987, teste sur une série de 50 Super 5 GT-Turbo, les ailes en plastique. Gérard Maeder, le Monsieur Matériaux de Renault à l’époque s’amusait à démontrer l’efficacité de cette conception en sautant sur une aile, qui se déformait puis revenait en position initiale, sans casser. Cette technologie a ensuite été appliquée sur les Clio 16S et sur les Scénic. Elle est aujourd’hui très répandue.

Aujourd’hui, presque toutes les voitures utilisent “le Noryl GTX, un alliage de polyamide (PA) et de polyphénylène éther (PPE) fabriqué par General Electric Plastics. Un thermoplastique dont la tenue en température lui permet de passer dans les bains de cataphorèse (à 150-170 °C)”.

Le vieillissement des plastiques

Les facteurs de vieillissement

L’âge

Bien entendu, les plastiques sont des matériaux qui vieillissent. De ce point de vue, plus ils sont souples et malléables, plus ils deviendront rigides et cassants en vieillissant. Et ce, quel que soit le mode de protection et de conservation.

En effet, si l’on regarde une matière plastique de près, on va observer des enchaînements de longueurs variables et des adjuvants, des stabilisants, et toutes sortes de poudres de perlimpinpin qui vont conférer au plastique considéré ses propriétés.

Si je schématise à l’extrême, un matériau plastique est un plat de spaghettis au fromage : le fromage lie les pâtes entre elles et la longueur des pâtes crée des entortillements qui vont assurer une certaine cohésion. Mais laissons ce plat quelques jours, les pâtes vont durcir et devenir cassantes, tout comme le fromage. Pour les plastiques souples, c’est un peu pareil, et le délai de dégradation va venir du temps, mais aussi d’autres facteurs qui vont influer sur la matière.

Pour les thermodurcissables, les choses sont un peu différentes, puisque les spaghettis sont liés entre eux en certains points. Ici, l’image serait un peu comme les mailles d’un filet. Grâce à ces analogies, il est peut-être plus aisé de comprendre pourquoi des pièces en PRV vont tenir plus longtemps que des pièces en PP voire en caoutchouc.

Sur la plupart des pièces plastiques, pour ne pas dire toutes, en cherchant bien, on trouvera une date de fabrication. Celle-ci peut être en lecture directe sur plaque frappée ou dateur concentrique, mais peut également être encodée, comme sur les pneus. Pour illustrer l’importance du facteur âge sur les matériaux plastiques, le meilleur exemple est celui des casques de chantier qui ont une date de fabrication et une date de péremption, comme sur les produits alimentaires.

Mais l’âge, aussi important qu’il soit, est loin d’être le plus agressif des facteurs de vieillissement !

Les rayons UV

Les UV sont en fait les rayonnements Ultra-violets d’origine solaire essentiellement. Tout le monde a attrapé un coup de soleil. Ce sont ces UV qui en sont responsables. Ils agissent sur la matière en la déstabilisant chimiquement.

L’effet le plus visible des UV sur des plastiques, c’est la perte de couleur. Cette décoloration, ce ternissement, est en fait souvent le fait de microfissures de surface du matériau. Et oui, les UV accélèrent le vieillissement et une auto qui dort en garage en sera d’autant mieux protégée.

La température

Pour la température, ses effets les plus évidents se constatent sur les garnitures de portières notamment des voitures des années 70/80. Ces plastiques souples, de faible épaisseur, ont tendance à se ramollir sous l’effet de la chaleur et à reprendre leur forme initiale lorsque la température baisse. C’est la dilatation thermique.

Mais un plastique ne reprend jamais exactement sa forme initiale. Si bien, qu’avec le temps, il se déforme et ne s’ajuste plus correctement sur les supports d’origine, faits en d’autres matériaux (notamment de l’acier ou de l’aluminium sur les automobiles) ou en matériaux plastiques différent, qui n’ont pas le même coefficient de dilatation.

C’est une problématique majeure pour les courroies : soumises aux tensions des poulies, les courroies sous l’effet de la friction due à la rotation des axes chauffent, se dilatent, mais cette tension leur empêche de reprendre parfaitement leur forme. De plus, la température accélère le vieillissement et de ce fait, dégrade la qualité de l’élastomère qui la compose.

L’abrasion

Bon, sur ce sujet, il suffit de devoir changer ses pneus pour comprendre les effets de l’abrasion. Si l’on ajoute l’abrasion à un vieillissement prononcé, notamment pour les pièces type élastomère d’époque, l’abrasion aura un effet de dégradation extrêmement rapide. Et la poussière générée sera, de plus, potentiellement toxique, les matériaux anciens contenant en général des composés cancérigènes. On l’a vu avec l’amiante par exemple.

Les chocs

Les chocs quant à eux, seront moins sollicitant pour les élastomères que pour les thermodurcissables. Et oui, quand la matière ressemble à un plat de pâtes au fromage, le choc causera moins de dégâts que sur un vase en cristal ! Et avec leurs ponts, leurs liaisons entre chaines, les thermodurcissables font figure de vase en cristal.

Bien entendu, selon la résine utilisée, les conséquences du choc seront plus ou moins visibles, mais il est certain qu’elles apparaîtront à un moment donné ou à un autre. Notamment lors d’un second choc. C’est pour cela qu’il est impératif de changer un casque après un choc, même modérément violent. Une contrainte répétée peut très vite faire du casque un danger : pas de dégât apparent, mais une inefficacité certaine en cas d’accident.

Un bilan varié

Du fait de ce vieillissement aléatoire des plastiques et élastomères lié aux conditions de conservation mais aussi à la nature même du matériau, il est plus que fortement préconisé d’utiliser des matériaux neufs notamment pour les organes de sécurité de l’auto : pneus, freins, courroies…

Certes les matériaux récents n’ont pas toujours la résistance qu’avaient les anciennes fabrications (ou la réputation de résistance !) mais ça, c’est quand on compare entre matériaux neufs ! En d’autres termes, même s’il n’a jamais servi et est resté apparemment comme à l’origine, un pneu de Citroën C3 de 1920 aura toutes les chances de vous trahir dès le premier virage ou lors du premier freinage !

Peut-on réparer ses plastiques ?

Pas de problème majeur pour les thermodurcissables

Globalement, les plastiques thermodurcissables sont réparables, même si un minimum de savoir-faire et de matériel est requis. Un peu de mat, quelques litres de résine et la peinture, et le tour est joué… Bon, c’est un tout petit plus complexe, mais dans les grandes lignes, c’est comme ça.

Une réponse de Normand pour les élastomères

Pour les pneus, les procédés de vulcanisation permettent de tenter la réparation temporaire. Des kits existent d’ailleurs sur le marché pour réparer un pneu perforé et lui redonner une seconde vie. Mais attention aux sollicitations. Sinon, il y a le rechapage dont nous parlerons plus loin, qui est moins une réparation qu’un processus de rénovation.

Pour les autres pièces de type élastomères, mieux vaut oublier et remplacer. Comme on l’a vu, le silicone tend à supplanter les caoutchoucs classiques. Mais ceux-ci restent fabriqués et permettront de conserver l’auto dans son état d’origine. Pour ce qui est des durits, ce sont des pièces d’usure, il sera toujours possible de revenir sur des matériaux traditionnels. Pour le reste, c’est quand même la sécurité du conducteur et de l’auto qui sont en jeu.

Et pour les thermoplastiques?

Pour les autres plastiques, c’est… Délicat. Entre ceux qui se collent, ceux qui se soudent à froid, ceux qui se soudent à chaud et ceux qui ne sont pas compatibles, pas évident de s’y retrouver. Mais pas impossible.

En général, il y a une zone sur la pièce où l’on trouvera les marquages et la traçabilité : date de fabrication, marque, et matériau, notamment pour des questions de recyclage. Grâce à ces logos, s’ils sont encore visibles, vous aurez une indication sur le mode de réparation. Mais cela n’est vrai que pour les thermoplastiques des années 90. A partir de 1970, seul le ruban de Moëbius était disponible, si bien qu’il faut chercher si la matière n’a pas été injectée en clair sur la pièce.

Comme souvent ces matériaux sont utilisés pour des pièces esthétiques, la réparation reste à tenter, mais surtout, le remplacement par une pièce d’époque est tout à fait envisageable. Le seul hic, tomber sur une pièce fragilisée car vieillie qui cassera souvent de la même manière que celle qu’elle doit remplacer !

Le cas des PU et de la bakélite

Pour les PU, il existe des solutions qui permettront de réparer ou de revaloriser l’accessoire défaillant. Mais là encore un minimum de technique s’impose.

Mais comment réagir avec la bakélite que l’on va retrouver sur beaucoup d’auto même très anciennes ? Bien sûr, l’idéal est de remplacer en utilisant des matériaux type PU ou résines, récents. Mais là encore, gare aux vieux stocks de bakélite réusinés dont on ne connaît pas la qualité. Idem pour les vieux stocks de résines époxy chargées en bisphénol A, hautement toxique ! Les nouvelles résines sans bisphénol peuvent permettre de retrouver un aspect similaire à l’origine, mais ce ne sera pas la pièce “dans son jus”.

Alors, il y a la réparation. Ce sont les mêmes résines que celles qui permettront de refaire une pièce neuve. Cette matière miracle, c’est l’époxy thixotrope. Il se présente sous forme liquide pour combler les failles et fissures et redonner à la pièce sa rigidité et sa résistance initiale. Il servira aussi à recoller des morceaux cassés.

S’il manque un morceau, les pâtes à malaxer bi-composant permettront de combler le vide, et pour celui qui est minutieux, de reproduire le motif exact, avant ou après séchage.

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