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Les projets européens boostent les composites

Michel Le Toullec

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Les projets européens boostent les composites

En utilisant le logiciel Ximex dédié à l'extrusion bivis, les chercheurs du Cemef simulent ici le champ de pression sur une portion de vis d'extrudeuse (en bas) et dans une coupe verticale (en haut).

© D.R.

- Une vingtaine de programmes est actuellement en cours sur ces matériaux. Deux thèmes majeurs se détachent : l'aéronautique et les nanocomposites.

Alors que le salon JEC Composites Show (du 1er au 3 avril à Paris) s'apprête à dévoiler ses toutes dernières innovations, les chercheurs travaillent, eux, sur les solutions d'après-demain. Les projets européens présentent un intérêt particulier par leur ampleur - quatre ans en moyenne - et par l'implication de partenaires industriels et académiques. Au sein du 6e PCRD (programme cadre de recherche et développement), une vingtaine de programmes est en cours ou en phase finale sur les matériaux composites, la plupart à participation française.

L'aéronautique est, sans surprise, l'industrie qui concentre le plus grand nombre de projets européens sur les composites constitués d'une matrice polymère renforcée de fibres. Ce secteur est en effet en forte demande. Si le ratio de composites sur l'Airbus 380 est de 22 %, le Boeing 787 (prévu pour mi-2008) en contiendra 50 % et l'A350XWB (d'ici à 2013) devrait en afficher 52 %. Un engouement justifié par l'allègement qu'autorisent ces matériaux.

Aéronautique : tendance forte à l'économie

Les recherches actuelles tendent à combiner l'économie de poids et... une économie tout court. Le projet à plus forte participation française, Advanced Low Cost Aircraft Structures (Alcas, 2005-2009), vise à réduire de 15 % les coûts de production des structures primaires grâce aux composites à fibres de carbone. Mené par Airbus UK, ce projet implique notamment Issoire Aviation, Labinal, Ordimoule, Aéroforme, l'Ecole centrale de Nantes et l'Institut supérieur d'aéronautique et de l'espace (ex Sup'Aéro). Ce dernier fait équipe avec EADS sur le développement d'un caisson de voilure avec raidisseur en U produit par infusion de résine liquide : une solution mise en concurrence avec d'autres développées au sein du même projet.

L'Insa de Lyon, Dassault Aviation et Esi Group sont partie prenante du projet Itool (2005-2008) sur des outils de simulation appliqués au préformage de textiles. L'enjeu : une réduction des coûts de 20 à 30 % serait possible par rapport à l'utilisation de pré-imprégnés classiques. Le Laboratoire de mécanique des contacts et des structures (Lamcos) de l'Insa de Lyon travaille sur la simulation de mise en oeuvre de composites épais pour la production d'aubes de moteurs d'avion. Toujours dans une optique d'économie, le collage structural est au coeur du projet Abitas (2006-2009), auquel participe Airbus. Ce programme concerne l'assemblage de plastiques renforcés sur du titane et prend en compte les questions de traitement de surface avant collage et d'automatisation du procédé.

Dans un tout autre domaine, Arkema et le CNRS participent au projet Noesis sur l'apport des nanotubes de carbone pour produire des structures "intelligentes" pour l'aéronautique. En plus d'améliorer les propriétés mécaniques d'une pièce, les nanotubes pourraient en effet lui conférer des fonctions de capteurs et d'actionneurs. L'intérêt serait de pouvoir suivre le vieillissement interne de la structure tout au long de sa vie. À noter aussi quelques projets devant débuter en 2008 dans le cadre du 7e programme cadre. Mené par Airbus, Maaximus concerne un fuselage d'avion en composite conçu pour réduire de moitié la durée d'assemblage. De son côté, Daher coordonne le projet Advitac sur un cône arrière en composite intégrant le moteur auxiliaire de puissance et les systèmes de détection et d'extinction d'incendie.

Automobile : cinq jours pour fabriquer et livrer

Hors aéronautique, quelques autres projets européens en cours sur les composites sont intéressants par la rupture technologique qu'ils représentent. Ainsi, Pegasus (2006-2010) entre dans le cadre du concept "5-day Car", à savoir la fabrication et la livraison d'une voiture en cinq jours, contre soixante environ aujourd'hui. Ce concept fait largement appel aux thermoplastiques renforcés ou non, combinant des possibilités d'intégration de fonction et de renforts localisés.

Autre thème de rupture : HP Future-Bridge (2006-2009) a pour objet d'intégrer les composites dans la conception de ponts, aussi bien au niveau des piliers que du tablier, avec notamment Saint-Gobain Vetrotex comme partenaire.

Enfin, plusieurs projets européens concernent le secteur connexe des nanocomposites, des matériaux constitués d'une matrice polymère chargée de nanoparticules. L'École nationale supérieure de chimie de Lille (Nord) participe par exemple à PredFireNano (2005-2008) sur la prédiction du comportement au feu de tels matériaux. L'incorporation de nanoparticules dans un polymère est connue pour diminuer la vitesse de combustion du produit (Industrie et Technologies n°892). Ce projet porte notamment sur des polymères chargés de nanoargile, dont l'effet retardateur de flamme pourrait bien répondre à la demande en Europe comme alternative aux composés bromés.

Le projet Nanohybrid (2005-2008) vise quant à lui à améliorer la dispersion des nanocharges dans la matrice polymère. En effet, la dispersion est relativement moyenne dans le cas de matrices apolaires comme les polyoléfines. Au sein de ce projet, auquel participe le fabricant d'emballage Cebal, les chercheurs tentent de fonctionnaliser les nanoparticules par un copolymère bloc qui les rend compatible avec la matrice polyoléfine. Les applications visées vont de l'emballage à l'automobile en passant par les Mems. Et au sein du programme Nanofen (2005-2009), des chercheurs de l'université de Cambridge (Grande-Bretagne) développent une approche pour concevoir des nanocomposites multifonctionnels à architecture contrôlée. Des matériaux aux propriétés inédites dont on n'a sans doute pas fini de parler.

53,4 MILLIONS D'EUROS

C'est le budget du plus gros projet européen en cours sur les composites à matrice polymère. - Alcas "Advanced Low Cost Aircraft Structures" vise une réduction de 15 % des coûts de production des structures en aéronautique.

PROJET FRIENDCOPTER (2004-2009) DAHER REMPLACE LE TITANE DANS UN MOTEUR D'HÉLICOPTÈRE

- L'équipementier Daher est l'un des 34 partenaires du projet Friendcopter dont l'objectif est de réduire les nuisances sonores à l'extérieur et à l'intérieur d'un hélicoptère. Ce programme est mené par le motoriste Turbomeca pour l'utilisateur final Eurocopter Deutschland. Daher a participé au niveau de la conception de l'entrée d'air constituée d'un plenum, jusque-là réalisé en titane. L'alternative proposée par l'équipementier est une structure en fibres de carbone et résine bismaléimide mise en oeuvre par drapage et cuisson. Assemblage des coques simplifié Cette solution a permis d'intégrer tous les composants dans la pièce finale et de créer une nouvelle entrée d'air avec prise directe sur l'extérieur, un paramètre qui devrait augmenter le rendement du moteur. En outre, le nouveau plenum est constitué de deux demi-coques en composite, plus simples à assembler que les seize pièces en titane de l'ancien dispositif. Après des tests sur banc d'essais réalisé chez Turbomeca, deux plenums en composite équipent depuis début 2008 un hélicoptère civil de sauvetage EC 135, en Allemagne, pour des essais en vol.

PROJET MULTIHYBRIDS (2007-2010) LE CEMEF MODÉLISE L'EXTRUSION DE NANOCOMPOSITES

- Au sein du projet Multihybrids, une vingtaine de partenaires tentent de développer "l'usine du futur" de production de nanocomposites. Au Cemef (École des mines de Paris) à Sophia Antipolis, Bruno Vergnes travaille sur la modélisation de la mise en oeuvre des nanocomposites par extrusion bivis. « Nous travaillons sur des matrices en polypropylène et des charges créées par procédé sol/gel à partir de précurseurs silice ou titane », explique-t-il. L'objectif est de simuler l'écoulement de tels matériaux le long des vis pour relier divers paramètres (contraintes, temps de séjour, déformations, énergie spécifique) à l'état de structuration (taille des charges, niveau d'exfoliation). Pour la synthèse de charges in situ par procédé sol/gel, il s'agit de calculer l'avancement de la réaction et donc la croissance de ces charges le long de la machine. Des outils de simulation dédiés à l'extrusion L'équipe utilise des outils de simulation dédiés à l'extrusion bivis comme Ludovic et Ximex, développés par le Cemef. « Nous ferons aussi des expérimentations en mélangeur interne sur les systèmes sol/gel pour définir l'influence des conditions de procédé sur les cinétiques et morphologies des charges obtenues », précise le chercheur.

PRATIQUELES COMPOSITES TIENNENT SALON

Au JEC Composites Show - Du 1er au 3 avril à Paris-Porte de Versailles. - Secteurs concernés : l'aéronautique, la marine, l'automobile et les transports, la construction et le BTP, l'énergie, les sports et les loisirs - Renseignements www.jeccomposites.com

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