D’ici à 2050, la demande mondiale en énergie pourrait doubler. Face au réchauffement climatique, le recours aux énergies fossiles devant être limité, « Au niveau mondial, les énergies renouvelables (Eolien, Hydro et Solaire) vont devoir multiplier par trois leur capacité de production d’ici à 2030 pour atteindre l’objectif fixé lors de la COP28. En Europe, pour l’éolien par exemple, l’objectif est de doubler la capacité d’ici à 2030, passant de 15 à 30 GW/an) », rappelle Raphaël Pleynet, managing director de l’association EuCIA (The European Composites Industry Association). Forts de leurs avantages et de leurs propriétés, les matériaux composites et plus largement les matières plastiques n’ont pas fini de tirer leurs épingles du jeu.
D’autant que, comme le confirme Jean-Yves Daclin, le directeur général de Plastics Europe France, « la filière d’énergie renouvelable ne pourrait exister sans composite ni plastique ! ». Le secteur de l’éolien apporte l’une des preuves puisqu’il s’est rapidement tourné vers ces matériaux pour concevoir les pales, avec des constructions à base de résine epoxy ou de polyester et de fibres de verre, réduisant ainsi leurs poids, leur aérodynamisme, leur longévité et leur fiabilité. « Plus qu’une contribution, les composites sont absolument nécessaires au développement de l’énergie éolienne moderne, avec des turbines plus performantes qui n’existeraient pas sans les composites », ajoute Eric Pierrejean, Pdg de JEC. Ce marché emploie également des fibres de carbone qui participent à améliorer la capacité, la légèreté et la longueur des pales notamment ; optimisant leur capacité de production électrique.
« Les acteurs ont adopté la technologie de renfort de l’arrête longitudinale centrale de l’éolienne avec des fibres de carbone pultrudées de manière à augmenter la raideur et la résistance. Très productive, la technologie de pultrusion permet de tirer parti au maximum de la fibre de carbone, à moindre coût », commente Guillaume Clédat, responsable de développement du produit Elium chez Arkema. La filière des composites a su se faire une place au fil des années et des innovations, s’appuyant autant que faire se peut sur les piliers de la circularité pour satisfaire aux enjeux de recyclabilité. « Aujourd’hui, on peut recycler, de façon industrielle, une pale d’éolienne pour fabriquer du ciment?: la portion en verre du composite rentre dans la composition du ciment et la partie résine sert de comburant, permettant à l’industrie cimentière de réduire son empreinte carbone », explique Raphaël Pleynet.
De l’éolien...
La société Acciona Energia mène actuellement des pilotes pour utiliser les débris d’éoliennes usagées, conçues à partir de fibre de verre, afin de fabriquer les barres de torsion des structures de montage solaire horizontales. De son côté, Arkema a mis au point, dès 2014, Elium, une résine thermoplastique liquide présentant une faible viscosité et conçue pour être 100 % recyclable (par voie mécanique ou chimique). Le collage s’opère à température ambiante, le moule n’a plus besoin d’être chauffé. A l’avenir, elle pourrait être employée pour la fabrication de pales d’éolienne de très grande dimension. Et a d’ailleurs été au cœur du projet Zebra (Zero WastE Blade ReseArch – Recherche sur les pales zéro déchet), piloté par l’IRT Jules Vernes entre septembre 2020 et décembre 2024, rassemblant des industriels et des centres de recherche, comme Arkema, Engie, Canoe, LM Wind Power, Owens Corning, Suez...
(c) Maxence Peyras
« Nous avons notamment pu démontrer la faisabilité technico-économique et environnementale de pales d’éolienne en thermoplastique Elium. À présent, nous travaillons à l’identification de turbines qui pourraient en être pourvues pour mettre en avant son efficacité en conditions réelles et par toute saison », précise Guillaume Clédat. Dans le même registre, Siemens Gamesa a développé la RecyclableBlade, une pale d’éolienne entièrement recyclable en fin de vie. En service probablement en 2026, le parc éolien en mer du Calvados lui en a commandé dix. Parmi les autres sources d’énergie en développement, les hydroliennes ne boudent pas non plus les matériaux composites. « Les hélices et structures sont fabriquées à partir de composites qui résistent à la corrosion en milieu marin tout particulièrement », illustre Eric Pierrejean. L’Europe finance des programmes de recherche pour accélérer le développement de la filière, comme le projet MaxBlade qui vise à augmenter la longueur de la pale et ainsi réduire le coût du MWH de 30 %.
... aux véhicules électriques
Clairement, « les polymères comme les composites font sens pour répondre aux contraintes du milieu maritime mais aussi pour la décarbonation », considère Jean-Yves Daclin. Michelin a ainsi créé une aile gonflable baptisée Wisamo à destination des porte-containers et ainsi baisser leurs besoins en énergie. Avec Socarenam, ils ont d’ailleurs remporté un appel d’offres de la direction des Affaires maritimes de la pêche et de l’aquaculture française et doivent, d’ici à début 2027, concevoir et équiper un patrouilleur de haute mer doté de la propulsion hybride et de l’assistance vélique. Un gain de consommation de 15 % est attendu. L’énergie solaire s’appuie également sur ces matériaux pour asseoir sa progression. Notamment pour la confection des panneaux solaires, intégrant des supports plus légers et résistants aux intempéries et maximisant leur rendement. « Les profilés composites offrent un très bon ratio performance/poids qui facilite sa mise en œuvre et une fiabilité dans le temps », témoigne Raphaël Pleynet. Les pérovskites, nanomatériaux et polymères, pourraient aussi renforcer l’efficacité des panneaux solaires, en améliorant l’absorption de la lumière.
Ces dernières années, le secteur a aussi vu l’apparition de panneaux solaires souples ultra flexibles, sans silicium, pouvant s’installer sur une structure de forme sphérique, sur un toit qui n’est pas éligible aux panneaux solaires traditionnels ou même sur des fenêtres ou des balcons vitrés. « Les cellules solaires de la start-up allemande Heliatek, qui sont fabriquées à partir de molécules d’hydrocarbures, revendiquent un poids jusqu’à dix fois inférieur et un coût de production réduit de moitié », indique Véronique Fraigneau, directrice des Affaires institutionnelles et de la communication de Plastics Europe France. En outre, les composites servent aussi les intérêts de la filière hydrogène, une solution prometteuse dans un contexte de changement climatique et d’épuisement des ressources fossiles. A titre d’exemple, les réservoirs d’hydrogène de type III et IV se composent d’un squelette en matériaux composites résistant à la très haute pression et d’un liner métallique pour le type III, en polymère pour le type IV. Ils sont fabriqués par le procédé d’enroulement filamentaire. « Les composites jouent un rôle fondamental dans la production, dans le stockage mais aussi dans le transport des énergies renouvelables », résume Eric Pierrejean.Preuve en est avec Epsilon Composite qui révolutionne les lignes à haute tension avec la fibre de carbone, grâce à la technologie HVCRC (High Voltage Composite Reinforced Conductors). Plus largement, « l’ingénierie des pipelines ou des canalisations à structures tubulaires peut également faire appel aux composites, d’autant que la molécule d’hydrogène est plutôt complexe à maitriser », cite en exemple Eric Pierrejean.
La filière des voitures électriques ne fait pas non plus exception. « L’allégement apporté par les composites est un levier qu’emploient les industriels depuis au moins une décennie, pour compenser le poids des batteries et diminuer la consommation », constate Jean-Yves Daclin. Les composites sont utilisés pour encapsuler les batteries, dans les supports même des batteries, et présents pour protéger contre les chocs ou prévenir le risque d’incendie… Dans l’électrification toujours, le réseau électrique se montre lui aussi ouvert aux innovations. C’est ainsi que l’usine Transalpes Composite, implantée dans l’Allier, réalise les poteaux téléphoniques du groupe Orange à partir de composites, remplaçant progressivement ceux en bois, à raison de 300?000 unités par an.
Composites et plastiques prennent ainsi largement part à la transition énergétique. Dans les années à venir, « les polymères électroactifs peuvent soutenir une myriade d’applications quotidiennes visant à diminuer les consommations et encourager l’autonomie énergétique », ajoute Véronique Fraigneau. Ces filières semblent avoir un destin étroitement lié. A Raphaël Pleynet de conclure : « Les composites ont permis de réduire les émissions des énergies fossiles et d’assurer le développement des énergies renouvelables. Facilitateurs de par leurs qualités intrinsèques, ces matériaux contribuent à l’atteinte d’objectifs écologiques mais aussi économiques, en conduisant à la création d’innovations responsables tenant compte de la circularité dès la conception ».
