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Avec Madras, Airbus et l'IRT Jules Verne emmènent les composites vers la haute cadence

Alexandre Couto
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Avec Madras, Airbus et l'IRT Jules Verne emmènent les composites vers la haute cadence

© Alexandre Couto

Le 13 février, Airbus, Fives, Loiretech et l'IRT Jules Verne ont inauguré la ligne de fabrication Madras dédié à la préparation des fibres pour les matériaux composites. Ce procédé innovant accélère fortement la production des pièces composites de structures des avions et réduit les déchets lors de la fabrication.

Avec ses deux bras robotisés Kuka de trois mètres de haut et capables de porter une charge de 480 kg, l’installation est impressionnante. Le 13 février, l’institut de recherche technologique (IRT) Jules Verne a inauguré, dans l’un des hangars du Technocampus de Nantes (Loire-Atlantique), une ligne pilote dédiée à la fabrication automatisée de préformes de textile composites.

Baptisée Madras, cette ligne de 18 mètres permettra de produire des pièces composites de structures pour l’aéronautique dans des délais 5 à 6 fois plus court qu’actuellement, et avec moins de déchets de production.

Ce pilote répond à un besoin croissant du secteur aéronautique qui s’appuie de plus en plus sur les matériaux composites pour alléger les structures des avions.

Accélérer les cadences

 « Si la part des composites est en croissance, la production des pièces est encore très lente », déplore Mathieu Piana, responsable de l’innovation sur les composites chez Airbus. «La demande augmente et nous devons accélérer les cadences. Aujourd’hui nous produisons 15 appareils du type A350 par mois. Pour l’appareil qui succèdera à l’A320 nous visons une production de 80 à 100 avions par mois. » Le passage des composites à l’échelle industrielle est donc un enjeu majeur.

La ligne Madras, dont les travaux ont débuté en 2017 dans le cadre du projet Wing mené par Airbus, Fives, Loiretech et l’IRT Jules Verne, s’appuie sur trois îlots robotisés permettant le drapage, le préformage rapide et ainsi que le placement fibres.

Un premier bras robotisé place côte à côte, sur une table de travail, plusieurs pièces de fibres de carbones NCF (Non Crimp Fabric), soit un assemblage de fibres non tissées et simplement cousues entre elles. Cette base textile a pour avantage de contenir plusieurs couches de fibres orientées dans différentes directions, une caractéristique qui offre les meilleures propriétés mécaniques au matériau.

Le groupe d’ingénierie Fives a développé l’effecteur du bras robotisé qui dépose ces « tapis » de fibres particulièrement sensibles. « On pourrait penser qu’il s’agit d’une phase simple, mais elle a nécessité énormément de travail chez nous », explique à Industrie & Technologies Thierry Valot, directeur innovation et digital chez Fives. « Le tapis de fibres ne doit subir aucune tension sous peine de dégrader les performances de la pièce finale. Le placement des pièces textiles les unes par rapport aux autres doit également être très précis. Pour arriver à un degré de précision satisfaisant nous avons filmé la phase de dépose avec une caméra haute définition capable de 800 images par secondes. C’est une source d’informations précieuse qui nous a permis de calibrer les paramètre de l’effecteur ».

Des pièces de grandes dimensions

Cette première phase accomplie, un second bras robotisé applique sur ces textiles un renfort en utilisant le procédé nommé dry fiber placement (DFP), qui consiste à placer des bandes composées d’un mélange d’adhésif et de fibres de carbone orientées dans une seule direction. Un système laser, intégré dans l’effecteur également développé par Fives, chauffe la bande avant la dépose pour lui permettre d’adhérer avec la couche non tissée et assembler les différentes parties.

La capacité de dépose de fibres du système est d’aujourd’hui de 75 kg/heure, mais la ligne finale pourrait atteindre les 150 kg/h. « Les meilleurs procédés actuel ne peuvent déposer que 15 kg/h » explique Matthieu Kneveler, ingénieur de l’IRT Jules Verne travaillant sur Madras.

Cet assemblage de textiles, NFC et DFP, passe ensuite par une phase de préformage ultra rapide mise au point par la société Loiretech. Celle-ci n’était pas encore visible lors de l’inauguration, mais arrivera « dans deux mois », selon Matthieu Kneveler.

Le préformage consiste à chauffer le matériau et à le compresser sur une forme, lui permet de prendre, en moins de 5 minutes, la forme de la pièce. Celle-ci est ensuite renforcée, lors d’une dernière étape, en appliquant des bandes de DFP sur le textile épousant la forme de la pièce. « Cela permet de placer les fibres là où la pièce en a besoin », précise Bertrand Duthille, expert matériaux composites chez Airbus « Avec ce procédé nous réduisons fortement la quantité de fibres utilisée »

En sortie de la ligne Madras, le textile est prêt pour être transformé en pièce composite grâce à un procédé d’infusion sous vide : le textile est placé dans un moule, qui est rempli d’un polymère thermodurcissable (époxy ou polyester insaturé). Un vide est créé dans le moule pour permettre au polymère d’imprégner les fibres en profondeur. Une phase de séchage permet de durcir le polymère. Il s’agit d’un procédé particulièrement utilisé dans l’aéronautique pour produire des pièces de grande dimension d’un seul tenant.

Le procédé Madras est pour le moment testé en produisant un longeron, un élément de structure de l’aile. « Avec cette technologie, nous pourrions en théorie produire des pièces de 30 mètres d’un seul bloc, soit l’équivalent d’un longeron pour l’A350 », souligne Bertrand Duthille. « Il reste cependant quelques interrogations sur le processus, notamment sur la phase préformage. Nous en sommes qu’au début des tests ».

Madras aura tout le temps de peaufiner sa technique : il ne devrait pas être utilisé avant la prochaine génération d’avions d’Airbus, que certains voient se profiler à l’horizon 2030. « Les débouchés sont loin », pointe Franck Bourcier, directeur marketing & Innovation de Loiretech « L’innovation collaborative comme Madras est nécessaire pour ces projets au long cours »

L’aéronautique n’est pas le seul débouché visé par Madras et d’autres secteurs pourraient bénéficier de ces pièces composites de grandes dimensions. Un transfert de technologie vers le ferroviaire ou encore l’éolien est envisagé par l’IRT Jules Verne.

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