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Les métaux misent sur la réduction des coûts

Michel Le Toullec

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Concurrencé par les composites, l'aluminium innove en termes de produits et de procédés, tandis que le titane tente de surpasser les aciers à haute résistance.

En aéronautique, les métaux sont non seulement en compétition avec les composites mais, en plus, ils se concurrencent entre eux. Et vont, quoi qu'il en soit, franchir un cap avec l'arrivée du Boeing 787 : pour la première fois, leur ratio en poids ne sera plus majoritaire dans un avion. Cet appareil présentera en effet 50 % de composites contre 20 % d'aluminium, 15 % de titane et 10 % d'acier (et 5 % de matériaux divers). Il n'empêche. Pour résister malgré tout, les métaux continuent d'innover en termes de composition mais également de technologies de mise en oeuvre.

Longtemps matériau numéro un en aéronautique grâce à son utilisation dans les fuselages, l'aluminium est donc sur le point d'être relégué en deuxième position. Pour autant, les fournisseurs comme Alcan n'abandonnent pas la partie aux composites et avancent comme argument phare le coût. Lors du dernier salon Aluminium, à Essen (Allemagne) en septembre dernier, Michel Jacques, président d'Alcan Produits Usinés affirmait ainsi : « L'aluminium est la solution qui contribue à réduire les coûts tout au long de la chaîne de valeur. » Le groupe présentait, à cette occasion, son procédé de "formage-revenu" Ageform développé spécifiquement pour l'aéronautique, et des panneaux de fuselage ainsi produits.

Le titane utilisé pour les pièces très sollicitées

Alcan fournit des alliages pour l'A380 ainsi que des produits d'aluminium légers et évolués pour le Boeing 787 et plusieurs modèles du constructeur canadien Bombardier (comme la série CRJ et Q d'avions régionaux et la famille d'avions d'affaires LearJet). Le groupe a, par ailleurs, accru courant 2006 sa production de tôles fortes aéronautiques sur son site d'Issoire (Puy-de-Dôme) pour un investissement de 28 millions de dollars.

L'aluminium tend également à réduire les coûts grâce à des technologies innovantes. Ainsi, Airbus va exploiter une méthode d'usinage mécanique non seulement économique mais aussi rapide et propre (voir encadré).

Autre famille de matériaux, le titane et ses alliages sont utilisés en aéronautique pour leur excellent rapport résistance mécanique sur densité. Les applications classiques vont des pièces très sollicitées des turboréacteurs (disques et aubes de compresseurs) aux composants de structure ou de liaison. L'une des innovations majeures sur l'A380 a été l'introduction du titane dans les mâts réacteurs. Un seul de ces mâts pèse 1,6 t et mesure plus de 6 m de long. Sa fonction - relier la voilure au réacteur - exige que la pièce résiste à plus de 80 t de poussée ! Rien que pour cette application, l'introduction du titane et le recours à des techniques comme le soudage par faisceau d'électrons a permis d'alléger l'avion d'environ 600 kg.

L'A380 présente par ailleurs la toute première application du nouvel alliage de titane 5553. Par rapport au classique Ti-6Al-4V, cet alliage Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr combine résistance mécanique élevée, bon comportement à la rupture et forte tenue à la propagation de fissures. L'un des spécialistes de ce matériau est le russe VSMPO-Avisma qui fournit les emboutis pour le châssis de l'A380. La société moscovite est également partenaire de Boeing sur le 787 pour lequel elle fournit le train d'atterrissage en alliage 5553. Les ingénieurs ont alors réduit au minimum les coûts de production de cette structure produite chez Messier-Dowty et annoncent avoir diminué les coûts d'outillage de 30 %. Toujours sur le Boeing 787, on sait que le groupe américain Alcoa fournira l'alliage de titane des 120 adaptateurs hydrauliques équipant chaque appareil.

Un acier nanostructuré résistant à la corrosion

Enfin, si les aciers à haute résistance sont toujours en position de leader au niveau du train d'atterrissage, ils doivent également progresser pour contrer notamment... le titane. Aux États-Unis, Questek Innovations (Evanston, Illinois) s'intéresse particulièrement à ce sujet. « Nous avons appliqué notre concept "Materials by design" pour concevoir un acier nanostructuré aux propriétés mécaniques similaires à celles du 300M, mais beaucoup plus résistant à la corrosion », explique Charlie Kuehmann, responsable de Questek. Dénommé Ferrium S53, cet acier inoxydable ne requiert pas de revêtement anticorrosion contenant du cadmium. Il est actuellement en cours de test et de validation pour le train d'atterrissage d'avions civils et militaires.

À noter aussi, en France, Aubert & Duval (Gennevilliers, Hauts-de-Seine) qui développe des aciers inoxydables durcis contenant de l'aluminium et du titane pour des applications structurales. La nuance MLX17 dispose d'un niveau de résistance Rm supérieur à 1 520 MPa qui conviendrait, par exemple, à la fabrication de pylônes de moteurs d'avions.

USINAGE DE PANNEAUX DE FUSELAGE COMPLEXES

- Airbus met en place un nouveau procédé de fabrication par usinage mécanique de panneaux en alliage d'aluminium. Alternative à l'usinage chimique, cette technologie vise la réalisation de pièces de formes complexes, destinées au revêtement de l'avant du fuselage. Il s'agit d'une première mondiale réalisée en partenariat avec le constructeur de machines-outils Dufieux Industrie (Echirolles, Isère). « La première machine produit en trois-huit sur leur site, la deuxième entrera en production cet été à Saint-Nazaire (Loire-Atlantique) et deux autres seront opérationnelles l'an prochain », précise Stéphane Chauveau, ingénieur chez Dufieux Industrie. Un procédé deux fois moins cher Cette technologie s'applique aux surfaces non-développables, c'est-à-dire qu'on ne peut pas poser à plat. Le dispositif permet d'usiner des tôles de plus de 10 m sur 3 m, pour seulement quelques millimètres d'épaisseur. La tôle est maintenue verticalement dans un outillage flexible. L'équipement compte deux têtes horizontales à six axes disposées face à face : l'une est dotée d'une fraise, l'autre d'un appui qui se déplace face à l'outil coupant. L'ensemble permettrait d'usiner les panneaux quatre fois plus vite que par usinage chimique, et de manière deux fois plus économique en respectant l'environnement.

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