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Porsche 928 S D49 de 1983 – Un prototype innovant avec une carrosserie en aluminium

Porsche 928 S D49 de 1983 – Un prototype innovant avec une carrosserie en aluminium

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Au début des années 1980, Porsche a travaillé sur le projet d’une carrosserie entièrement en aluminium sur la base du modèle 928, en collaboration avec des  spécialistes de l’aluminium. Après la présentation à l’IAA 1981 de la carrosserie nue, 2 voitures roulantes ont été conçues et dont un modèle a été exposé à l’IAA 1983 sur le stand Porsche : la Porsche 928 S D49.

Dans le cadre d’un projet de recherche (Langzeitauto) sur la durée de vie d’une voiture, deux Porsche 928 S roulante ont ainsi été construites à Weissach, en collaboration avec Alusuisse/Alusingen, avec une carrosserie entièrement en aluminium comprenant aussi tous les ouvrants (portes, capot moteur, hayon, trappe à carburant).

Origine du projet – Porsche-Aluminium-Karosserie
L’utilisation de l’aluminium dans l’automobile est très commun de nos jours. A la fin des années 1970, l’aluminium commençait à faire son entrée dans le monde automobile, notamment dans les moteurs, les boîtes de vitesses et au niveau du châssis, permettant de gagner du poids et de lutter contre la corrosion qui était un gros fléau. L’intérêt de ce matériau dans la fabrication des carrosseries avait tout son sens.

Une première étude d’une carrosserie entièrement en aluminium avait été menée par Porsche et Alusuisse/Alusingen via le projet « Porsche-Aluminium-Karosserie » (PAK).

Ce projet de carrosserie en aluminium a débuté en parallèle d’un autre projet, la Porsche 960 PES (Porsche Experimental Structure) de 1980 qui avait pour objectif d’être la plus efficiente possible afin de consommer un minimum de carburant sans sacrifier la sécurité. La Porsche 960 PES était basée sur une une Porsche 928 (que je vous la présenterai bientôt en détail).

La voiture choisie par Porsche pour mener à bien ce projet était la Porsche 928 S, qui était un bon choix car la version de série avait déjà 20% de ses éléments faits en aluminium fournis par Alusingen (moteur, éléments du châssis, capot moteur, portes et ailes). L’alliage utilisé était de l’Anticorodal-120 (AIMg0,4Si1,2).

L’objectif du projet Porsche-Aluminium-Karosserie est de s’approcher des 50% de gain en poids. Plus une voiture est légère, moins elle consomme d’énergie pour parcourir une même distance. Et plus une voiture résiste au temps, l’énergie nécessaire est particulièrement mieux utilisée dans la fabrication – de la matière première à la voiture terminée.

C’est pour cela que Porsche et Alusuisse/Alusingen se sont lancés dans ce projet innovant pour l’époque. Il existait déjà des voitures de série avec des carrosseries en aluminium, mais les carrosseries ne l’étaient pas entièrement et présentaient des contraintes.

Après avoir réalisé une première carrosserie en aluminium de Porsche 928, elle fut exposée au salon de Francfort IAA en septembre 1981 sur le stand de Alusuisse/Alusingen. La voiture était une Porsche 928 totalement dépouillée, avec seulement la carrosserie nue et des roues, mettant en avant cette technologie de l’aluminium et présentant l’alliage Anticorodal-120.

L’entière carrosserie brute en aluminium était ainsi aussi fabriquée par Alusuisse/Alusingen. Alors que la carrosserie en acier de la Porsche 928 S pesait 302 kg, sa version en aluminium ne pesait que 161 kg, soit 141 kg de moins et donc 47% plus légère!

Pour illustrer cette différente de poids importante, Porsche a réalisé des photos où l’on voit deux employés du centre R&D de Weissach porter cette carrosserie nue, peinte en blanc.

Porsche avait calculé qu’un véhicule équipé de cette carrosserie en aluminium pouvait faire économiser entre 1500 et 2000 litres de carburant, en tenant compte de l’énergie de production et du recyclage au bout de 300 000 km, par rapport à une carrosserie en acier classique.

Dans la pratique, on pouvait économiser en utilisant une carrosserie en aluminium (en comparaison avec le même modèle doté d’une carrosserie en acier) sur un kilométrage annuel de 35 000 km jusqu’à 400 DM par an selon la taille du véhicule, avec un prix d’essence Super d’environ 1.60 DM en août 1981. Ce qui était déjà une belle somme à l’époque. De nos jours avec des prix à la pompe très élevés, l’économie serait encore plus spectaculaire.

La carrosserie entièrement en aluminium représentait un grand thème de discussions sur les concepts de carrosserie à venir. La carrosserie en aluminium présente de grands avantages en termes de gain de poids potentiel, de bilan énergétique total, de recyclage et de tenue face à la corrosion, ouvrant de nouvelles perspectives attendues.

L’entière carrosserie en aluminium a été conçue avec des exigences extrêmes pour une utilisation quotidienne. La réduction de poids de la carrosserie a atteint un niveau considérable, ce qui rend possible la construction de véhicules légers exceptionnels.

Les coûts plus élevés des matériaux et de production sont partiellement compensés par la diminution de la consommation de carburant, par une meilleure performance et par une plus longue vie du véhicule.

Objectifs du projet
• Carrosserie autoportante entièrement en aluminium
• Durée de vie de 300 000 km en conditions de circulation normales
• Rigidité de la construction correspondant à celle de carrosserie en acier de la Porsche 928
• Utilisation prédominante de la soudure par points comme type le liaison des éléments
• Tous les éléments en aluminium Anticorodal-120 (AIMg0,4Si1,2)
• Maintien du contour extérieur et des dimensions intérieures de la Porsche 928
• Utilisation large des pièces de série, comme les ailes, les portes, le capot du moteur, l’utilisation des ensembles d’entraînement (moteur, boîte de vitesses), de l’équipement et du système électrique.

La charge de travail conjointe comprend les domaines de recherche suivants :
• Utilisation de matériaux à base d’aluminium dans la construction de carrosserie automobile
• Disponibilité de l’aluminium (des matières premières jusqu’au recyclage)
• Besoins énergétiques de l’aluminium (des matières premières jusqu’au recyclage)
• Recyclage
• Technologie des matériaux de la matière première jusqu’à la technologie de l’alliage
• Contrôle des matériaux au niveau de la charge mécanique, thermique et corrosive
• Mécanique de rupture
• Technique de formage
• Techniques avancées
• Technique de surface
• Technique de réparation
• Acoustique

Caractéristiques techniques de la carrosserie
Matériau : Aluminium Anticorodal-120 (AIMg0,4Si1,2)
Épaisseur : Intérieur (1,15 mm – 1,25 mm), Extérieur (1,15 mm – 1,25 mm), Structure (1,25 mm – 2,50 mm)
Poids : 161 kg
Avant de la voiture : deux longerons de 1,75 / 2,00 mm d’épaisseur comme solution de réparation économique
Structure du toit : utilisation d’un profilé en aluminium extrudé pour augmenter la rigidité, la résistance et la sécurité passive
Structure de support : agrandissement des sections transversales en élevant et en élargissant le support (sans changer la découpe de la carrosserie)
Bride : élargie de 12 mm à 15 – 20 mm, afin de pouvoir souder avec des électrodes requises plus grandes

Partenaires du projet
• Porsche via le département des projets et des prototypes de Weissach (Allemagne – construction du prototype)
• Alussuisse/Alusingen (Allemagne – fourniture de l’aluminium)
• A. Läpple (Allemagne – outils et essais d’assemblage)
• Sciaky (France – technique de soudure)

Présentation de la Porsche 928 S D49 à l’IAA 1983
La Porsche 928 S utilisée était motorisée par un V8 de 4.664 cm3 (5.0 l) de série, développant 300 ch (221 kW). Elle pouvait atteindre 250 km/h. La première Porsche 928 S ayant reçue une carrosserie en aluminium était immatriculée BP – PW 403. Mis à part la carrosserie, tous les autres éléments provenaient d’une Porsche 928 S de série. Elle était peinte en grise et rien ne laissait supposer que  a carrosserie était en aluminium. C’est elle qui a fait la grande partie des tests entre 1981 et 1983.

Un autre prototype fut construit dans la même période, portant l’immatriculation LB – VC 333. C’est la Porsche 928 S D49 qui pèse 1340 kg. Elle aurait pu perdre encore plus de poids si les matériaux de l’habitacle avait été aussi travaillé. Elle a été présentée à l’IAA 1983 sur le stand Porsche. Sa particularité, en plus de sa carrosserie en aluminium brute est son unique rétroviseur côté conducteur.

Il s’agissait aussi d’une Porsche 928 S de 1983 reconnaissable à son spoiler avant noir et son becquet arrière noir, spécifiques aux 928 S.

Elle n’était pas peinte. La surface de sa carrosserie a été spécialement traitée et a été revêtue d’un vernis clair spécial. Elle était uniquement utilisée sur le circuit de Weissach pour effectuer des tests de sa carrosserie nue durant un peu plus de 100 km. Elle n’a que quelques dizaines de kilomètres à son compteur.

La Porsche 928 S D49 est aussi motorisée par un V8 de 4.664 cm3 développant 300 ch, pouvant atteindre 250 km/h.

Résultats des essais menés
Résistance à la cassure
La tôle d’aluminium extérieure de la carrosserie doit avoir une épaisseur de 1,25 mm afin d’atteindre les mêmes caractéristiques que celles d’un tôle extérieure en acier de 0,88 mm.

Résistance à la flexion
Les valeurs de la version en aluminium sont comparables à celles de la version en acier. Les valeurs statiques et dynamiques de la carrosserie et des prototypes sont supérieurs à 90%.

Résistance à la déformation
Via une mesure dynamique, elle approche les valeurs d’une tôle en acier tout en réduisant significativement le poids de la carrosserie qui est en aluminium. Lors de tests de roulage tenant compte des différentes conditions de route, la Porsche 928 S D49 a montré des qualités de conduite et de confort et un faible niveau de vibration des éléments de la carrosserie.

Qualification et essais d’endurance
Avant d’effectuer les essais d’endurance réels sur le circuit de Weissach, les propriétés dynamiques de l’aluminium via des échantillons soudés et non soudés ont été testés sur banc de test.

Au préalable, les pièces critiques de la carrosserie et du châssis sont exposées aux contraintes quotidiennes, tandis que des essais préliminaires de l’essieu arrière et du compartiment moteur sont réalisés sur un banc vibratoire.

Afin de complètement tester le prototype, il a été intensivement essayé par Porsche sur 8000 km. Ces 8000 km d’essais routiers et sur circuit correspondent à des conditions de conduite sur des routes européennes équivalentes à 160 000 km.

Après ces tests, l’examen de la carrosserie en aluminium n’a révélé aucun défaut mécanique notable. Quelques petites fissures insignifiantes étaient principalement dues à la résistance insuffisante de certaines pièces faites à la main.

Sécurité passive
Pour assurer le respect des dispositions légales en matière de sécurité passive, des essais ont été menés pour étudier les caractères de déformation des longerons. Les résultats ont montré que ces éléments en aluminium ou en acier présentent des déformations similaires lors d’un impact. La capacité d’absorption d’énergie des matériaux est plus élevée avec l’aluminium, 60% supérieure à celle de l’acier.

Caractéristiques acoustiques
Le niveau sonore de ce prototype en aluminium était en théorie plus élevé de seulement 2 à 4 dB.  L’aluminium peut être revêtu de matériaux insonorisants en raison de son facteur de perte acoustique plus élevée avec la même masse.

Par rapport à une tôle d’acier de 0,88 mm avec un traitement acoustique, une plaque d’aluminium traitée de 1,25 mm offre une réduction de poids d’au moins 36%, rendant le gain de poids avantageux avec l’aluminium.

En résumé, on peut dire que les caractéristiques de bruit d’une carrosserie en aluminium peuvent atteindre le même niveau de celles d’une carrosserie en acier.

Technique de réparation
Les carrosseries en aluminium peuvent être aussi bien réparées que les carrosseries conventionnelles en acier.

Les études menées par l’Allianz Zentrum für Technik, un bureau de recherches allemand spécialisé dans les réparations, ont montré que certaines parties de réparation sont aussi bien adaptées pour l’acier que pour l’aluminium et peuvent être effectuées en même temps avec un résultat similaire.

Les types d’assemblage habituels sont la soudure TIG tout comme le brasage faible ou fort. Les carrosseries en aluminium et en acier réparées peuvent être peintes de manière similaire.

Abandon du projet
Malgré les nombreux avantages qu’offre cette carrosserie en aluminium, le projet n’a finalement pas été poursuivi, essentiellement en raison du fort bruit que la voiture faisait en roulant (raison officielle évoquée par Porsche).

Depuis les années 1990, certains constructeurs comme Audi (avec ses A8 et A2) se sont lancés dans la construction de carrosseries entièrement en aluminium, ouvrant une nouvelle voie vers la réduction de poids. Aujourd’hui, l’aluminium est beaucoup utilisé dans l’industrie automobile, présentant de nombreux avantages.

De nos jours, cette Porsche 928 S D49 à carrosserie en aluminium nue est parfois exposée au sein du Porsche Museum à Stuttgart, ce modèle appartenant aux réserves du musée. Ce fut notamment le cas en 2016 pour l’exposition « Transaxle ».

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