De quoi seront fait les avions et les engins aérospatiaux de demain ? C’est pour répondre à cette question que les spécialistes de l’aéronautique se réunissent à Toulouse le 12 octobre pour la journée de présentations et d’échanges ONERADAY organisée par l’Onera.
Objectif : réunir les scientifiques, mais aussi les industriels et les pôles de compétitivité, afin de faire le point sur les recherches en cours et les avancées en matière de matériaux pour l’aéronautique, notamment celles susceptibles de conduire à des innovations de rupture.

Enjeux : Améliorer les performances des matériaux et diminuer les temps et coûts de fabrication

« L’innovation est essentiellement guidée par l’allègement des avions et la réduction de leur consommation en carburant », observe Thierry Cutard, directeur de l'Institut Clément Ader à MINES Albi, qui représente l'Institut Carnot M.I.N.E.S. à cette journée. Quatre principaux types de matériaux sont étudiés : les composites, les aciers à haute performance, les alliages de titane, les superalliages ainsi que des multi-matériaux. En améliorant leurs performances mécaniques, on peut fabriquer des pièces plus fines, donc plus légères. « Nous cherchons aussi de nouveaux modes d’élaboration de ces matériaux, toujours dans l’objectif d’améliorer leurs performances mais aussi pour chercher à diminuer les temps et coûts de fabrication», souligne Thierry Cutard. Beaucoup de travaux portent également sur les assemblages de matériaux différents, zones aux comportements complexes par exemple dans le cas de l’association de composites et de métaux.

 

Composites, superalliages et impression 3D : au cœur des projets de recherche

Les composites sont plus légers que les alliages métalliques, donc à chaque fois que l’on peut remplacer un métal par un composite, cela se traduit par un gain de masse. Dans cette optique, il faut encore mieux maîtriser les procédés de fabrication, afin de diminuer la taille et le nombre des défauts. Mieux prévoir la durée de vie de ces matériaux est également un enjeu majeur. Les concepteurs d’avion souhaitent également augmenter l’utilisation des composites à matrice thermoplastique. Ces derniers permettent d’envisager d’autres solutions de conception et sont plus résistants aux dommages. Enfin, les composites sont caractérisés par des conductivités électriques et thermiques faibles, un inconvénient lorsqu’il s’agit d’éliminer les champs électriques parasites ou les échauffements locaux. Des recherches visent donc à leur conférer des propriétés de conduction améliorées.
Beaucoup de travaux sur les alliages de titane sont, étonnamment, liés à l’utilisation accrue de composites. En effet, les interfaces entre les composites et les alliages d’aluminium engendrent des phénomènes critiques de corrosion. Le recours à des pièces en alliages de titane au contact des composites est une solution fréquemment utilisée, ce qui nécessite aujourd’hui la mise au point de nouvelles compositions d’alliage et de nouveaux procédés de fabrication.

Les superalliages, quant à eux, sont essentiellement utilisés dans les zones très chaudes, notamment dans les moteurs. Leur spécificité : leurs propriétés mécaniques très élevées en température. Pour ces matériaux, le développement de nouvelles nuances, l’optimisation des procédés, la maîtrise des contraintes résiduelles générées lors de l’élaboration sont des champs de recherche nécessaires.

Pour fabriquer des pièces encore plus complexes d’un seul tenant, une nouvelle technologie paraît extrêmement prometteuse : l’impression 3D. « Les perspectives sont proches, l’impression 3D monte en puissance, témoigne Thierry Cutard. Déjà, des pièces en superalliage ou en alliage de titane imprimées 3D ont été certifiées pour des utilisations aéronautiques. Des formes de pièces impossibles à obtenir par les procédés conventionnels deviennent ainsi possibles. Il existe une forte attente pour avoir beaucoup plus de ces pièces dans les avions de demain. » Il faut cependant étudier en détail ces pièces, car le mode de fabrication par impression 3D engendre des microstructures différentes des procédés traditionnels, donc des propriétés mécaniques différentes. Mais qui eut cru qu’une technologie aussi récente parviendrait aussi vite à des applications en aéronautique ? 

Article rédigé par Cécile Michaut
Journaliste sciences et environnement