POURQUOI LES MATÉRIAUX COMPOSITES EN AVIATION ?

POURQUOI LES MATÉRIAUX COMPOSITES EN AVIATION ?

        Pour appréhender certaines expressions du texte les définitions suivantes me paraissent utiles à rappeler :

  • Caisson central de voilure: il réalise la jonction des deux ailes entre elles. L'A380 est le premier avion de ligne avec un caisson central de voilure en fibre de carbone, cela permet de réaliser un gain de poids évalué à 2 tonnes.
  • Empennages: ce sont chacune des surfaces placées à l'arrière des ailes portantes ou de la queue d'un avion et destinées à lui donner une stabilité.
  • Fuselage: enveloppe d'un avion qui reçoit généralement la charge transportée, ainsi que l'équipage. Le fuselage d'un avion supporte la voilure (aile) et l'empennage
  • Fatigue : (terme aéronautique) : processus qui sous l'action de contraintes ou déformations variables dans le temps, modifie les propriétés locales d'un matériau et peut entraîner la formation de fissures et éventuellement la rupture de la structure.
  •  Matériaux composites : assemblage d’au moins deux matériaux non miscibles ayant cependant une forte capacité d’adhésion
  • Fibre de carbone: La fibre de carbone est un matériau constitué  de fibres très fines, elles mêmes composées d'atomes de carbone. Cette fibre est particulièrement résistante pour sa taille, présente une faible densité, une grande flexibilité ainsi qu'une bonne conductibilité électrique et thermique

         Depuis sa création l'avion a conquis le monde pour devenir aujourd'hui un moyen de transport incontournable. D'abord utilisé comme appareil de guerre lors des deux Guerres Mondiales, il se transforme très rapidement en avion de ligne. Toujours plus puissants, plus rapides, plus grands, et plus nombreux, les avions n'ont pas fini d'évoluer. Mais aujourd'hui, dans une aire où l'écologie fait rage, le développement durable devient un enjeu capital. L'objectif est maintenant de réduire au maximum la consommation de carburant et donc les rejets de gaz polluants des avions.

         Au départ, l'introduction des composites dans l'aviation commerciale s'est faite sur de petites surfaces comme les trappes d'accès ou de visite, le plancher cabine... Petit à petit, la masse de composites dans l'avion a augmenté, pour être utilisés entre autre au niveau des trappes de train, au niveau de la jonction avec la voilure ou des nacelles de moteurs. Puis sont venus les ensembles structuraux de type caisson  dans lesquels sont intégrés les réservoirs, les empennages, plus  récemment les poutres maîtresses supportant les planchers cabines, et dernièrement donc le fuselage

         La façon la plus simple de réduire la consommation de carburant d’un appareil est d’en diminuer son poids, puisqu’à distance égale, un avion moins lourd va requérir moins de carburant.

De nombreuses solutions sont possibles pour réduire le poids de l’avion :

Ø  jouer sur sa forme

Ø  alléger les équipements et les aménagements internes.

Ø  Diminuer le poids structural par l’utilisation de matériaux composites

          Ces matériaux utilisés dans certaines parties de l’avion génèrent d’importants gains de poids par rapport aux alliages métalliques. Les composites sont presque 20% plus légers que l’acier et 6 fois plus solides  

            Les matériaux composites possèdent des propriétés que les éléments seuls ne possèdent pas. Ce mécanisme permet d’améliorer la qualité de la matière, et présente de nombreux avantages.  En effet,  ils sont insensibles à la corrosion, mais également, plus résistants à ce qu’on appelle la « fatigue ».

   Ils sont de plus en plus nombreux dans le domaine de l’aviation, présents dans  la masse structurale  de l’avion par ex.:50% de matériaux composites dans l’A380. En  effet, grâce à leurs propriétés très avantageuses, ils sont un enjeu pour les avions de demain.

           Actuellement, l’utilisation de composites à matrice organique résulte du souci constant d’économie de carburant, donc d’énergie fossile. Néanmoins, la légèreté ne peut être obtenue aux dépens des autres propriétés. Sur le plan mécanique, le rapport entre les propriétés et la masse spécifique permet de comparer les matériaux entre eux, et cette comparaison est favorable aux composites. La résistance aux chocs (oiseaux) et les propriétés électriques (foudre) sont d’autres propriétés à optimiser pour les matériaux de structure, en particulier pour les composites polymère-carbone

          Ces dernières années, les composites sont d’ailleurs devenus le matériau dominant des nouveaux avions commerciaux. Les composites représentent par exemple 50 % de la masse du Boeing 787 Dreamliner et 80% de son volume. Cela diminue son poids de 20 % par rapport à une structure en aluminium. C’est le premier avion à avoir une enveloppe composite, à base de fibre de carbone plastifiée pour le fuselage et les ailes. Cet avion est donc plus léger et moins gourmant en kérosène, de l’ordre de 20 %

          Plus récemment, le A350, la société Airbus utilise 52 % de matériaux composites. Cet avion est donc plus léger, avec un poids réduit de 10 à 15 tonnes.

     Ces matériaux composites ont certes des avantages mais aussi certains inconvénients.

  1. Au titre des avantages:
  • Ils sont beaucoup plus légers, ce qui est un gain énorme au niveau du poids de l'avion qui est nettement réduit. L'avion consomme donc moins de carburant.
  • Ils sont bien sûr insensibles aux produits chimiques tels que les huiles, les liquides hydrauliques...
  • Il y a l'assurance d'en disposer beaucoup et pendant longtemps, ce qui n'est pas le cas des métaux dont le prix augmente vertigineusement.
  • On peut créer des matériaux de toutes les formes, de toutes les épaisseurs, en fonction de la demande. Ils offrent de grandes possibilités de maniement.
  • Ils se déforment moins en fonction de la température et de la pression ce qui est un des gros enjeux des matériaux utilisés en aviation commerciale. Ils sont peu sensibles à l'humidité, la chaleur, la corrosion...

 

                      2) Au titre des inconvénients:

  • Ils sont beaucoup plus sensibles à tous les impacts. Une petite faille peut engendrer de grosses déformations. 
  • La détection de ces problèmes est difficile, ce qui entraîne une rigueur extrême dans leur fabrication et leur assemblage.
  • La mise en œuvre des réparations est beaucoup plus complexe.

              Créé il y a plus d'un siècle, l'avion civil a bien changé depuis... Et il ne compte pas s'arrêter en si bon chemin....Demain, le ciel  appartiendra à celui qui sera le plus technologique, le plus impressionnant. Alors l'avion du futur, ne sera pas qu'écologique, il devra être aussi plus sûr, plus rapide, plus économe.

Lt-Col/er Neh OULD BRAHIM

Bibliographie   :                                                               Mecanicien  Avion et

 - Chronique-technique                                                   Enquêteur technique d’Aviation

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