Fibre de carbone contre fibre de verre : Pourquoi y a-t-il une telle différence de prix et de performance pour la même fibre ?

Fibre de carbone contre fibre de verre : Pourquoi y a-t-il une telle différence de prix et de performance pour la même fibre ?

Vous êtes-vous déjà posé cette question ? Une canne à pêche en fibre de carbone haut de gamme peut coûter des milliers d'euros, tandis qu'une canne ordinaire en fibre de verre peut être obtenue pour quelques dizaines d'euros. Pourtant, tous deux portent le nom de « fibre », ce qui semble indiquer une parenté, alors pourquoi y a-t-il un tel écart entre eux en termes de prix et de performance, au point qu'ils soient devenus l'un un « noble » et l'autre un « roturier » ? Aujourd'hui, examinons de plus près ces deux membres de la « famille des fibres », pour découvrir quelles sont leurs différences fondamentales.

Des origines différentes : le « fils de riches » et le « travailleur » du monde des matériaux.

Pour comprendre la différence, il faut remonter à leur « lignée ».

Fibre de verre

Le composant principal est la silice, une matière première abondante sur Terre et peu coûteuse. Grâce à des procédés de fusion à haute température, d'étirage et d'autres transformations, on obtient la fibre de verre. C'est comme un autodidacte issu d'un milieu modeste mais très résistant, qui conquiert le monde par son excellent rapport qualité-prix.

Fibre de carbone

Le composant principal est le carbone. Ses précurseurs sont généralement des polymères organiques tels que la polyacrylonitrile, les bitumes ou les fibres de viscose. Ces filaments doivent subir un traitement de carbonisation et de graphitisation à plusieurs milliers de degrés, sous protection d'un gaz inerte, afin d'éliminer les atomes non carbonés, et former finalement un supermatériau contenant plus de 90 % de carbone. Ce procédé est complexe, énergivore, et présente de fortes barrières techniques, ce pourquoi l'industrie des matériaux le surnomme "acier". La fibre de carbone est donc comparable à une culture minutieuse, exigeant des investissements considérables ressources "richesse de deuxième génération" ou "athlètes d'élite".
Dès sa naissance, il est destiné à afficher des différences de coût. Une utilise du "sable", l'autre des "matières premières chimiques + un processus complexe" : le prix "noble" de la fibre de carbone est dès le départ déterminé.

Comparaison des performances : Pourquoi la fibre de carbone est-elle le "roi" ?

Il ne suffit pas de regarder les CV, il faut passer aux faits réels. Voici un tableau comparatif des performances pour vous donner une idée :

Portez votre attention sur le "module" :Vous pouvez considérer le module comme la "raideur" du matériau.

Fibre de verre

Comme une canne solide, elle est résistante et ne se déchire pas facilement, mais lorsqu'on la casse avec force, elle fléchit et se déforme considérablement.

Fibre de carbone

Comme une barre d'acier rigide, elle est non seulement résistante, mais aussi extrêmement peu sujette à la déformation. En exerçant la même force pour la casser, elle bouge presque pas.
Cette caractéristique de « non-flexion » est cruciale dans le domaine haut de gamme. Par exemple :

(1) Voiture de F1 : le châssis doit être extrêmement rigide afin de maintenir une précision optimale en virage à haute vitesse, toute petite déformation étant fatale.
(2) Aérospatiale : les structures d'aile et de fuselage doivent présenter une déformation minimale sous charges élevées afin d'assurer la performance aérodynamique et la sécurité.
(3) Haut de gamme des raquettes de badminton : au moment de frapper la balle, plus la déformation du cadre de la raquette est faible, plus le transfert de puissance est direct, et plus la sensation est nette, ce qui correspond à l'expérience offerte par le « carbone à haut module ».

Chacun présente ses propres inconvénients

fabrication à partir de fibres de carbone

(1) Fragile : bien qu'il soit dur et résistant, il possède une faible résistance aux chocs ; un impact violent avec un objet pointu peut facilement le briser, plutôt que de le faire plier.
(2) Conductivité : cela constitue à la fois un avantage et un inconvénient. En cas de besoin d'isolation (comme pour les équipements électriques), cela devient un danger caché.
(3) Prix : encore une fois, cher !

Fibre de verre

(1) Bonne ténacité : la résistance aux chocs est supérieure à celle des fibres de carbone ; elle peut seulement se fissurer après un impact, sans être écrasée instantanément.
(2) Bonne isolation : excellents matériaux isolants électriques, utilisés dans un éventail plus large d'applications.
(3) Avantage en matière de coût : là où une rigidité extrême et un poids léger ne sont pas nécessaires, il est le roi incontesté du rapport qualité-prix.

Scénario d'application

La « division du travail » entre les deux types de fibres est bien établie et repose essentiellement sur un équilibre entre les « besoins en performance » et le « budget coût » :

Fibre de carbone : le « roi de la performance » dans le domaine haut de gamme

(1) Aérospatiale : fuselage d'avion, supports de satellites (une réduction de poids de 30 % permet de diminuer significativement la consommation de carburant et les coûts de lancement) ;
(2) Fabrication haut de gamme : carrosseries de supercars, pièces de Formule 1, roues en fibre de carbone (prenant en compte à la fois la résistance et la légèreté) ;
(3) Articles de sport : raquettes de badminton haut de gamme, cannes à pêche, skis (module d'élasticité élevé, sensation plus précise) ;
(4) Scénarios spéciaux : équipements médicaux, équipements militaires (résistance aux hautes températures, résistance à la corrosion et absence d'interférences magnétiques).

Fibre de verre : « Pratique au quotidien » dans les moyens de subsistance

(1) Secteur de la construction : panneaux d'isolation pour murs extérieurs, tuiles en plastique renforcé de fibre de verre, panneaux muraux anticrose (résistants aux intempéries et peu coûteux) ;
(2) Transport : compartiments frigorifiques pour camions, caisses de camping-cars, coques de bateaux ordinaires (résistants à la corrosion, faciles à mouler) ;
(3) Électricité et électronique : substrat de carte de circuit imprimé, manchon isolant (bonne isolation, rentable) ;
(4) Articles de première nécessité : meubles en plastique renforcé de fibre de verre (PRV), poubelles écologiques, tuyaux (durables et coût maîtrisé).

En résumé : pourquoi l'écart est-il si important ?

Revenons à notre question initiale, la réponse est claire :

Matière première et procédé : La préparation de la fibre de carbone est une « renaissance du phénix », et le coût des matières premières et des procédés est bien plus élevé que celui de la fibre de verre obtenue par fusion-étirage.

Plafond de performance : En ce qui concerne les deux indicateurs fondamentaux que sont la résistance spécifique et le module spécifique, la fibre de carbone surpasse largement la fibre de verre, notamment dans les domaines où les exigences en rigidité et en réduction de poids sont extrêmes ; elle y est alors irremplaçable.

Marché et positionnement : La fibre de carbone sert des industries de pointe et des consommateurs haut de gamme, c'est un produit « piloté par la technologie » ; la fibre de verre, quant à elle, est largement utilisée dans de nombreux secteurs industriels et civils, et constitue un produit « piloté par le marché ».

Ainsi, la prochaine fois que vous peserez une canne à pêche ou un cadre de vélo en fibre de carbone, ce que vous ressentirez n'est pas seulement la légèreté et la rigidité du produit, mais aussi l'ensemble des sciences des matériaux de pointe, des technologies complexes et de la quête de performance extrême qui s'y condensent. Le verre fibre, quant à lui, est un "vieux compagnon" discret, fiable et abordable dans notre vie quotidienne.