L’avenir de l’industrie automobile nationale pourrait très bien reposer sur le sable.

Cette substance commune contient des ingrédients clés pour certains matériaux inhabituels qui sont essentiels à la production d’un type de moteur révolutionnaire the la turbine à gaz en céramique.

Le pays qui perfectionne le moteur en premier pourrait finir par dominer la production automobile internationale, selon les constructeurs automobiles nationaux et étrangers. Un moteur en céramique fiable serait un bond en avant dans les efforts visant à améliorer le rendement énergétique sans sacrifier les performances ou la sécurité des automobiles, disent les dirigeants de l’automobile.

Les moteurs en céramique permettent la compression et la détente des gaz à des températures extrêmement élevées sans perte de chaleur ni endommagement du moteur. Un moteur qui retient sa chaleur sans se blesser ni nuire à d’autres composants fonctionne plus efficacement.

Les turbines existent depuis des années. Chrysler Corp. avait une voiture expérimentale à turbine à gaz en 1963. Mais il n’a jamais été offert commercialement parce que Chrysler ne pouvait pas trouver un moyen rentable de gérer la chaleur énorme – jusqu’à 2 500 degrés Fahrenheit – générée par le moteur.

Les améliorations apportées aux matériaux céramiques promettent de rendre la turbine à gaz pratique. En effet, les nouveaux types de céramiques sont responsables de l’évolution des produits allant des voitures à l’électronique en passant par les fausses dents. Ces nouvelles céramiques sont loin des pots de fleurs, des carreaux de salle de bain et de la vaisselle communément associés au mot. Ces nouveaux matériaux sont composés de silicium et d’autres ingrédients céramiques traditionnels combinés à des polymères de carbure, de l’alumine et d’autres matériaux.

Les composés obtenus conservent la capacité de résister à la chaleur, mais sont moins cassants et plus résistants à l’usure.

L’effet sur l’industrie automobile devrait être profond.

Contrairement aux moteurs à pistons traditionnels, les turbines brûlent du carburant à une vitesse constante et en tirent de la puissance en dirigeant les gaz en expansion contre un dispositif semblable à un ventilateur. Les gaz font tourner le ventilateur, ce qui fait tourner un arbre relié à une boîte de vitesses. La brûlure régulière et la température élevée permettent une plus grande efficacité.

« Il ne fait aucun doute qu’un moteur à turbine à gaz en céramique automobile peut offrir des avantages substantiels à l’industrie automobile et au pays », a déclaré John A. Boppart, vice-président principal de Garrett Turbine Engine Co. à Phoenix.

Mais les États-Unis « ne font pas, en fait, un très bon travail pour suivre les Japonais en céramique », a déclaré Boppart lors d’un récent témoignage devant le sous-comité des transports, de l’aviation et des matériaux de la Chambre.

Garrett travaille avec Ford Motor Co. développer une turbine à gaz avancée qui aura des « pièces chaudes » – rotor et aubes de turbine, ensemble de chambre de combustion, conduits – en céramique. General Motors Corp. a un effort similaire en cours avec sa division de turbines à gaz Allison.

Les projets GM et Ford ont reçu 116 millions de dollars, principalement en fonds fédéraux, depuis 1980. Les entreprises demandent au gouvernement d’accumuler encore 100 millions de dollars au cours des quatre prochaines années – une demande qui les a amenées au Capitole le mois dernier et a soulevé l’ire de certains législateurs qui ont déclaré que les deux entreprises étaient assez riches pour financer leurs propres recherches.

Mais GM et Ford défendent leurs demandes de financement.

« GM développe des turbines à gaz depuis 1952 », a déclaré Harold E. Helms, ingénieur en chef du projet pour Allison Gas Turbine. « Je peux vous assurer que cet argent ne provient pas du gouvernement fédéral. »

Ford a dépensé la semaine dernière plus de son propre argent, 10 millions de dollars, pour acquérir une participation de 11% dans Ceradyne Inc., une société basée en Californie spécialisée dans les applications commerciales de la technologie céramique. Une grande partie du travail de Ceradyne consistera à développer des produits automobiles, a déclaré Harold A. Poling, président de Ford.

Mais pourquoi faire appel au gouvernement ?

Pour tous ses avantages, la technologie de la céramique comporte également un sac de problèmes, disent les constructeurs automobiles nationaux.

La fragilité en est une. Les céramiques ont tendance à se casser ou à se fissurer sous contrainte, comme celle causée par un accident de véhicule. Un autre est le collage de céramiques aux métaux.

La recherche nécessaire pour résoudre ces problèmes est coûteuse too trop coûteuse pour les entreprises qui subissent la pression du marché pour proposer immédiatement de nouveaux produits, selon Boppart, Helms et d’autres.

En comparaison, le Japon progresse rapidement dans le développement de la céramique, en grande partie parce que les constructeurs automobiles, le gouvernement et les universités travaillent ensemble pour faire du Japon le leader de la céramique, disent les constructeurs automobiles américains.

« Ce que nous avons constaté au cours des quatre dernières années, c’est que, grâce à leur engagement national, les Japonais peuvent produire plus » dans le domaine de la céramique, a déclaré Serge Gratch, directeur de la recherche sur les véhicules, les groupes motopropulseurs et les composants chez Ford. « Les Japonais sont tout simplement en mesure d’investir davantage dans la céramique grâce à leur engagement national. »

Le Japon prend la tête de la céramique.

Par exemple, Nissan Motor Co. Ltd. produit 500 voitures par mois – ses 300 modèles sportifs ZX – avec des turbocompresseurs à composants céramiques. Ces dispositifs augmentent la pression sur le mélange air-carburant dans les chambres de combustion du moteur.

Les modèles turbo en céramique de Nissan ne sont actuellement vendus qu’au Japon. Mais si la technologie s’avère efficace – et durable – il ne fait guère de doute que Nissan exportera ses turbos en céramique aux États-Unis, ce qui donnera à l’entreprise un gros avantage sur ses rivaux américains sur le marché automobile domestique à prix élevé.

L’industrie électronique nationale a également un intérêt dans les guerres de la céramique.

La croissance de l’industrie électronique et l’étendue des nouvelles applications de la céramique avancée devraient stimuler la demande de matériaux céramiques de 50%, passant de 3 milliards de dollars en 1984 à plus de 4,5 milliards de dollars en 1989.

Actuellement, la moitié des ventes mondiales de matériaux céramiques de pointe sont destinées à l’industrie électronique. Kyocera au Japon est le leader mondial de l’emballage céramique de puces informatiques, avec près de 70% de part de marché.

« Nous regardons ce qu’ils font très attentivement », a déclaré un directeur de recherche de Westinghouse Electric Corp.  » Parce qu’ils sont les leaders. »

Tout en citant le rôle du gouvernement dans les progrès du Japon en céramique, les industriels américains sont également prêts à concéder que les Japonais sont plus rapides à développer des prototypes et à tester des matériaux céramiques sur le marché.

Les Japonais mettent également l’accent sur les technologies de processus qui entrent dans la fabrication de la céramique, et sont donc en mesure d’explorer des économies d’échelle de fabrication plus tôt que les entreprises américaines, disent les industriels nationaux.

Le japonais Kyocera, par exemple, a fait d’énormes progrès dans la technologie des fausses dents en développant un implant en saphir cristal plus durable que la porcelaine. Les personnes portant les prothèses en céramique avancées peuvent mâcher plus fort avec moins de risque d’endommager l’implant.

Mais les entreprises américaines sont bien positionnées sur la partie en croissance rapide des composites céramiques du marché des nouveaux matériaux. Les composites « Metal matrix » en particulier ont retenu l’attention et les investissements des principales entreprises aérospatiales et du Pentagone.

« Il se passe beaucoup de choses dans ce domaine au département de la Défense », a déclaré un ancien secrétaire adjoint à la Défense pour la technologie, Robert Cooper, qui a souligné que la Defense Advanced Projects Agency avait plusieurs projets importants de nouveaux matériaux en cours.

Le Pentagone estime que les composites à matrice métallique peuvent finalement conduire à une génération de matériaux plus résistants mais plus légers pour les avions, les chars et les transports de troupes.

Essentiellement, une matrice métallique est constituée d’un métal – tel que l’aluminium – avec des brins de fibres céramiques traversant sous la forme d’une maille squelettique. Ce réseau de fibres peut conférer une résistance et une résistance thermique au métal d’une manière que les alliages ou autres matériaux composites ne peuvent pas.Par exemple, l’aluminium assisté par fibres céramiques fonctionne aussi bien que le titane plus cher dans les moteurs et dans d’autres applications.

Le défi est de trouver un moyen peu coûteux de mélanger les fibres et le métal. Personne n’a annoncé de succès commercial jusqu’à présent. La Défense travaille sur de nouvelles façons de « mouiller » les fibres au métal.

« Ils ne se lient pas si les fibres ne sont pas mouillées », a déclaré Cooper.

En plus des applications militaires, les composites céramiques à matrice métallique peuvent également avoir des utilisations civiles, comme pour les cadres de raquette de tennis (tout comme il existe des cadres de raquette de tennis à base de fibre de carbone). Les vélos robustes, mais légers, sont une opportunité similaire. En outre, les matériaux à matrice métallique en fibre de céramique devraient trouver leur chemin dans l’industrie automobile.

E.I. du Pont de Nemours&Co. et d’autres entreprises américaines sont en concurrence avec des sociétés japonaises telles que Kyocera et Nippon Carbon pour le marché de plusieurs millions de dollars. De plus, la force des industries aérospatiales et automobiles nationales devrait initialement assurer un marché prêt pour les entreprises américaines.

En effet, bien que douloureusement conscientes de la concurrence japonaise, les entreprises chimiques américaines se diversifient dans la céramique. Du Pont, un géant de la chimie de 36 milliards de dollars par an, a déclaré publiquement son ambition d’être un fournisseur majeur de céramiques. De même, Dow Chemical Co. et Koppers Co. Inc. avoir des participations dans des sociétés de céramique.

S’appuyant sur sa vaste expertise dans les plastiques techniques, General Electric Co. a également investi dans le potentiel de la céramique en acquérant deux usines de 3M Co. et la création de GE Ceramics en 1983.

Mais pour s’assurer que l’industrie de la céramique avancée ait une voix à Washington, des entreprises américaines ont formé la United States Advanced Ceramics Association en octobre dernier. Le groupe recherche un code type de classification industrielle pour les céramiques de pointe, un comité consultatif technique du département du Commerce et une protection de la propriété intellectuelle pour les techniques de traitement de la céramique développées dans ce pays.