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Avec le projet PERSEUS, les biocomposites prennent le chemin de l’espace

Alexandre Couto

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Avec le projet PERSEUS, les biocomposites prennent le chemin de l’espace

La petite fusée ASTREOS doit faire la preuve de différents concepts, comme le projet de coiffe en biocomposites de l'ENSAM d'Angers.

© CNES

Porté par l’ENSAM d’Angers, un projet de coiffe de petite fusée en biocomposites a été récompensé le 11 février par le prix de l’innovation du CNES. Une distinction qui montre l’intérêt croissant du spatial pour l’éco-conception. Un essai en vol sur le petit lanceur ASTREOS pourrait avoir lieu en 2023.

La fibre de lin fera-t-elle partie des matériaux de pointes des fusées du futur ? S’il est encore un peu tôt pour l’affirmer, la piste des matériaux biosourcée est aujourd’hui bel et bien explorée par le centre d’étude spatiale (CNES). L’organisme a remis le 11 février son prix de l’innovation au campus Arts et Métiers (ENSAM) d’Angers pour ses recherches sur la réalisation d’une coiffe de fusée en matériaux biocomposites, qui font suite aux réflexions préliminaires de l’année passée menées par des étudiants de SUPMECA. Ce projet a été mené par six étudiants du laboratoire Angevin de Mécanique, Procédés et innovation (LAMPA) dans le cadre du projet PERSEUS (Projet Etudiant de Recherche Spatial Européen Universitaire et Scientifique) du CNES qui vise à favoriser l’émergence de solutions techniques innovantes. Plusieurs groupes travaillent à la réalisation d’un petit lanceur baptisé ASTREOS qui fera la preuve des principaux concepts.

L'eco-conception s'invite dans le spatial

« La problématique de l’éco-conception est quelque chose de relativement nouveau au CNES », explique Jean-Pierre Mazel, responsable synthèse technique recherche et technologie au sein du CNES et coordinateur du programme PERSEUS « Il y a encore deux ans, cette notion n’existait pas vraiment dans le domaine de l’ingénierie structurale des fusées, contrairement aux travaux sur les systèmes « Ensemble-Propulsif ». Mais elle est aujourd’hui susceptible de peser sur les choix technologiques que nous prendrons demain ».

L’équipe de l’ENSAM, encadrée par Laurent Guillaumat, professeur des Universités, a proposé d’intégrer des composites constitués d’un renfort fibreux en lin et d’une matrice thermoplastique. « Nous avons arrêté notre choix sur le lin car la France est l’un des premiers producteurs mondiaux de lin textile. Quant à la matrice, nous avons choisi le thermoplastique car il s’agit d’un plastique recyclable, contrairement aux polymères couramment utilisés dans les composites », met en avant Laurent Guillaumat « nous envisageons d’utiliser la résine liquide Elium, mise au point par Arkema, qui permet de réaliser des pièces de grandes dimensions sans avoir besoin de grand équipements chauffants pour la mettre en œuvre »

Peu de pièces éligibles aux biocomposites

Cette combinaison renfort/matrice permet donc de produire une pièce en partie biosourcée et recyclable. Restait à trouver l’élément adéquat pour utiliser cette matière. « Pour le moment le choix des pièces pouvant être réalisées en bio composites n’est pas très important », souligne Jean-Pierre Mazel, « Ces matériaux ont encore des propriétés mécaniques plus faibles que le composites en fibre de carbone ou encore l’aluminium. Dans l’automobile ou l’aéronautique, ils sont souvent utilisés pour des pièces secondaires. Dans le spatial, il y peu d’éléments secondaire, tout est plus ou moins soumis à de fortes contraintes ».

Sur les lanceurs commerciaux, la séparation de la coiffe dont le volume est important, conduit potentiellement, à un risque d’épave dans l’océan, dont on aimerait bien se débarrasser. La fonction biodégradable prendrait alors un très fort intérêt.

Un vol d'essai en 2023

Aussi, dans le cadre des réflexions d’écoconception sur PERSEUS, le choix s’est tourné vers la coiffe de la nano-fusée Astreos ; Les premiers designs ont été réalisés par les étudiants en CAO. L’objectif du groupe est de pouvoir arrêter définitivement le design de la coiffe d’ici le mois de juin et de réaliser l’étude de faisabilité à la fin de l’année.

 « L’objectif est de pouvoir faire voler cette coiffe sur ASTREOS en 2023 », indique Jean-Pierre Mazel. Un premier prototype pourrait éventuellement voir le jour dès l’année prochaine avec l’aide de la société bordelaise CMP Composites.

Laurent Guillaumat réfléchit d’ores et déjà, à de nouveaux couples fibres/ matrices et à d’autres procédés. « L’objectif est de parvenir à terme à un matériau 100% biosourcé et si possible biodégradable », explique-t-il : « Certain matériaux peuvent être intéressants comme le polyhydroxyalcanoate (PHA), qui sont biodégradables, mais il y a encore beaucoup à faire pour démontrer l’efficacité et l’industrialisation de ces matériaux à des fins de hautes performances ».

 

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