Pour optimiser les piles hydrogène, cette entreprise mise sur les matériaux composites

Porté par le Pôle Véhicule du Futur, le Club H2 de Bourgogne Franche-Comté recevait le 14 mars dernier Jérôme Zurbach. Ce technico-commercial chez ICM Industrie est venu présenter les solutions de son entreprise s’appuyant sur les matériaux composites pour la mobilité durable. Elles concernent à la fois les piles à combustible et les packs de batterie qui sont embarqués dans les véhicules électriques à PAC H2.
 
Entreprise familiale fondée en 1993, ICM Industrie est concepteur et fabricant de pièces en matériaux composites et plastiques spécifiques à des applications très variées, dont un grand nombre pour la mobilité, en particulier le ferroviaire. Ainsi, avec la SNCF, la RATP et Alstom Bombardier pour lesquels elle fournit des éléments que l’on retrouve au niveau des moteurs électriques de traction.
 
Dans ses 5 sites de production répartis à Brognard (25), Chassieu (69), Messein (54), Niort (79), Palaiseau (91) et ses 4 centres de distribution dont plusieurs sont intégrés à ces derniers, 160 collaborateurs s’activent. Certains s’emploient à des opérations d’usinage, pliage, soudage et confection sur la centaine de machines en service dans l’Hexagone chez ICM Industrie.
 
L’entreprise n’exploite pas encore l’impression 3D, mais y réfléchit, car cette technologie permet de réaliser des formes et géométries complexes en plastiques, matériaux composites ou métal. Avec un chiffre d’affaires de 28 millions d’euros en 2022, l’entreprise pèse 25 % en part de marché en France, souhaitant porter les chiffres à 35 % dans les 3 ans.
 

Parfois de petites pièces

Le spécialiste en matériaux composites, plastiques et protections thermiques souples traite chaque année 600 tonnes de matière. Se présentant comme « très engagé dans la transition énergétique » en se référant à sa notation Ecovadis, ICM Industrie se montre proche de ses fournisseurs producteurs en matériaux et composants, souvent adossés à des grands groupes européens qui disposent de leurs propres laboratoires.
 
Un véhicule à PAC H2 est d’abord un modèle électrique. On retrouve ainsi des pièces qu’elle fournit dans et autour des alternateurs, convertisseurs, moteurs et même des armoires pour transformer le courant électrique dans le ferroviaire. La liste comprend des éléments, parfois de taille très modeste mais tout autant indispensables, que l’on retrouve au niveau des rotors ou pour le calage des systèmes. Pour ce dernier en particulier, ICM Industrie dispose de son propre atelier de mise en forme, duquel sortent aussi des pièces incassables en plastique. Parmi les diverses prestations au catalogue de la société trentenaire, on trouve le marquage, le gravage, le montage de cartes électroniques et de capteurs.
 

Pas de système hydrogène complet

ICM Industrie ne réalise pas des systèmes entiers pour la mobilité hydrogène. Pas de réservoir tout prêt dans son offre.
 
« Ils sont fabriqués avec de la fibre de carbone, de la résine et un liner interne qui assure l’étanchéité. En France, Faurecia est positionné sur ce créneau. C’est un vrai métier, avec des techniques particulières. Nous ne sommes pas tisseurs ou enrouleurs de fibre, et nous ne pensons pas développer ces compétences dans un avenir moyen », a répondu Jérôme Zurbach à une question venue du public assistant au webinaire.
 
L’entreprise ne va pas non plus fabriquer des piles à combustible de A à Z. Elle fournit cependant des éléments très spécifiques qui entrent dans le processus. Il s’agit des flasques de maintien latéraux et des pièces de calage qui vont avec. A noter qu’elle réalise aussi du surmoulage de stratifiés composites sur support métallique. Pourquoi ? Par exemple pour « associer la rigidité du métal et l’isolation diélectrique du composite ».
 

Flasques de pile hydrogène

Pour rappel, il se produit au cœur des PAC une combustion électrochimique contrôlée d’oxygène et d’hydrogène dont on obtient de l’électricité, avec une production de chaleur et d’eau. Ce scénario est permis en particulier par un empilement de plaques bipolaires réalisées en métal ou graphite usiné. Elles sont ainsi plusieurs dizaines, et parfois même plusieurs centaines, souvent prises en sandwich entre 2 flasques latérales de maintien en métal. L’ensemble est solidarisé par un serrage définitif obtenu avec des tirants filetés en acier isolé. C’est là qu’ICM Industrie apporte une alternative intéressante. Et ce, en proposant, à la place des modèles en métal, des flasques en stratifié composite et des tiges filetées réalisées de la même manière. 
 
« Nos multiples expertises dans la cryogénie, la haute température, mais aussi le diélectrique et une multitude d’applications mécaniques font de notre entreprise le spécialiste des solutions composites, applicables à la pile à combustible ». L’entreprise se positionne aussi sur l’usinage des plaques bipolaires.
 

Avantages des matériaux composites pour les PAC

Cet ensemble d’offre amène à se poser la question de la nature des matériaux composites : « Un matériau stratifié composite est constitué au minimum de 2 composants distincts, dont une fibre de verre, principalement, sous diverses formes et une résine, par exemple du polyester. Le composite présente des propriétés propres et supérieures ».
 
La différence intervient principalement sur les caractéristiques physiques, diélectriques, mécaniques et chimiques. Plusieurs atouts principaux sont recherchés avec les flasques latérales et autres pièces de maintien en stratifié. Tout d’abord la légèreté, obtenue grâce à une densité de 2 (globalement comprise entre 1,3 et 2,3 pour les composites). Le matériau est 1,4 fois plus léger que l’aluminium et 3,9 fois plus que l’acier.
 
Deuxième avantage apprécié, incontournable pour le ferroviaire : la résistance aux feux et fumées (Normes UL94 et 45545-2). Si ajoutent la très grande précision géométrique à 0,05 mm, la rigidité mécanique (l’élasticité en flexion peut s’élever au besoin à 24 GPa), la faible reprise d’humidité (inférieure à 0,1 %), et la tenue à une chaleur supérieure à 200° C. A noter que, pour cette dernière, la plage d’efficacité pour les matériaux composites peut s’étendre de -273 à 1 000° C. Et même au-delà.
 

Protection des packs de batterie

Parmi les autres avantages des matériaux composites : l’isolation électrique qui peut aller jusque 20 kV/mm d’épaisseur de produit, une certaine imputrescibilité adaptée aux milieux humides et salins, une faible conductivité thermique, et une résistance à de multiples agents chimiques corrosifs. « La visserie composite remplace ainsi celle en métal en cas de projections de liquide corrosif (bain électrolytique par exemple) », cite en exemple ICM Industrie.
 
L’entreprise peut sortir de ses ateliers des pièces jusqu’à une taille de 2,1 x 1,2 m, sans limite d’épaisseur. Elle promet une traçabilité certifiée des matières et peut fournir un rapport de contrôle sur machine tri-dim optique. Tout cela permet aussi de trouver au catalogue de la société des solutions pour les batteries. N’oublions pas qu’elles sont aussi embaquées dans les véhicules électriques à PAC H2.
 
Le spécialiste propose en particulier un dispositif d’isolation rigide ou souple de protection/confinement qui s’adapte à toutes les formes et dimensions des packs. Son rôle est de retarder la propagation des flammes en cas de combustion. En employant du mica, une roche minérale, la résistance atteint les 1 200° C. ICM Industrie précise que cette enveloppe protectrice est amovible pour réaliser des opérations de maintenance, et réutilisable.
 

Participer au plus tôt aux projets

Afin de ne pas avoir à revoir sa copie alors que ce serait trop tard ou trop coûteux, ICM Industrie souhaite intervenir le plus en amont possible dans les projets. Et ce, bien avant d’arriver au stade du prototypage, en particulier pour les piles à combustible employées dans l’automobile et/ou le ferroviaire. L’entreprise travaille pour cela avec les cabinets d’ingénierie de ses partenaires ou les équipes de recherche de ses donneurs d’ordres ou maîtres d’œuvre. Elle suit de près également le recyclage.
 
« En fin de vie, il est difficile de dissocier la résine de la matrice qui est le plus souvent en fibre de verre. Mais des acteurs du recyclage travaillent sur ce sujet qui devrait permettre de parvenir à un réemploi des matières pour former de nouvelles pièces. Des solutions ont été identifiées. Dans 5 ans, ça devrait être possible », a estimé Jérôme Zurbach