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Production Quand le cosmos outille les usines

MIREL SCHERER mscherer@industrie-technologies.com
Du médical au nucléaire, de nombreux domaines industriels utilisent des solutions développées, au départ, pour la fabrication des satellites et autres navettes spatiales. Ils profitent aussi bien de techniques de fabrication originales, tel l'usinage par ultrasons, que du développement de matériaux plus résistants, comme les céramiques. Des innovations qui leur permettent de pousser leurs machines dans leurs derniers retranchements.

Superprécision, microfabrication, matériaux "exotiques", fiabilité, automatismes adaptatifs, sécurité... Confrontée à des contraintes et à des objectifs hors normes, la fabrication spatiale constitue un vivier de solutions pour l'industrie. Moyennant un travail d'adaptation et de réduction des coûts, les techniques de production mises au point pour assembler les satellites ou usiner les pièces des fusées ont investi les usines, de l'agroalimentaire aux composites, en passant par l'automobile ou les équipements sportifs.

Jouant les diffuseurs de savoir, les fabricants de machines-outils ont mis à la disposition de leurs clients des technologies développées, au départ, pour l'espace. « Les impératifs de l'industrie spatiale ont poussé ces constructeurs à faire des sauts qualitatifs remarquables », juge Claude-Jean Mège, vice-président marketing et innovation de Forest-Liné, fabricant d'équipements d'usinage à grande vitesse et pour les composites (fibres et résine). Les industriels se sont surpassés dans de nombreux domaines. Grâce aux exigences de ce secteur, les pièces usinées sont dix fois plus précises. Les limites de l'usinage ont aussi été repoussées avec les matériaux exotiques (titanes, céramiques...) plus fragiles. « Les constructeurs automobiles ont pu parfaire l'usinage des cylindres dans les blocs moteurs et éliminer la période de rodage d'un véhicule grâce aux technologies spatiales, affirme Claude-Jean Mège. Les logiciels de calibrage des machines-outils, comme celui que nous avons développé ou celui que commercialise actuellement Siemens, sont également des exemples de ces efforts permanents pour améliorer la précision des équipements. »

Des robots cinq fois plus précis

Les nouvelles technologies d'usinage descendent parfois de technologies spatiales surprenantes. Dans les années 1990, la plate-forme Stewart (à la base du simulateur de vol utilisé par la Nasa) a permis aux constructeurs américains de machines-outils Ingersoll Milling Machine et Giddings et Lewis de développer les premières machines hexapodes : l'outil de coupe y est porté par six bras. Ce système permet d'améliorer de trois à cinq fois la précision et la rigidité par rapport à celles d'une machine à commande numérique conventionnelle. Malheureusement, les difficultés d'industrialisation et surtout la complexité du logiciel de commande nécessaire pour piloter ces machines ont refroidi l'enthousiasme de la plupart de constructeurs. Aujourd'hui quelques systèmes de ce type subsistent dans des applications comme l'usinage des pièces aéronautiques ou celui des pièces pour les centrales nucléaires. Exemple : la tête hexapode CMW 380, conçue par l'entreprise française éponyme, est un équipement d'usinage 5 axes qui peut être fixé sur une machine existante. « Notre équipement assure l'usinage de certaines pièces pour le projet Iter à Cadarache (Bouches-du-Rhône) avec des temps de fabrication inférieurs à ceux d'une machine 5 axes classique », explique François Wildenberg, le directeur de CMW. Rappelons, pour rester dans la même catégorie d'applications, que le simulateur de vol Stewart a également servi de modèle à Fanuc Robotics pour concevoir un petit robot hexapode utilisé dans les opérations de positionnement de précision pour la robotique coopérative de soudage, par exemple.

Autre passage de témoin emblématique : l'usinage par ultrasons. Cette technologie, encore confidentielle, a été développée par l'Office national d'études et de recherches aérospatiales (Onera) mais est mise en oeuvre par Microcertec, une PME française spécialisée dans la fabrication de petites pièces céramiques dures et fragiles. « L'Onera avait conçu, au départ, un prototype pour usiner des porte-électrodes pour les accéléromètres développés pour les besoins des missions spatiales, précise François Irlinger, le PDG de l'entreprise située à Collégien (Seine-et-Marne). Mais, confrontés à la fabrication d'un nombre important de pièces pour le satellite Goce, lancé en 2008, ils ont décidé de s'appuyer sur un partenaire extérieur capable d'industrialiser ce procédé. » Choisi à l'issue d'un appel d'offres, Microcertec a développé en quelques mois un équipement industriel, grâce à un partenariat rapproché avec l'Onera et Realmeca, un fabricant de machines-outils. « Le premier a apporté son savoir-faire dans l'application acoustique, le second a réalisé le bâti de la machine et nous a fait profiter de ses connaissances mécaniques », explique François Irlinger.

La technologie par ultrasons a plusieurs atouts par rapport aux approches conventionnelles. Au lieu de tourner, l'outil vibre à une fréquence de 20 000 Hz, évitant tout contact avec la pièce. Un liquide abrasif, projeté sur la pièce par ces outils (les sonotrodes), usine la céramique "en douceur". Ce qui permet des formes nouvelles, inabordables avec les moyens classiques. Le débouché spatial ne suffisait pas pour rentabiliser les 300 000 euros investis (10 % du chiffre d'affaires de la PME).

En exploitant ces qualités, Microcertec s'est ouvert de nouveaux marchés et 10 à 15 % de son chiffre d'affaires dépendent désormais de cette machine. Elle a récemment usiné des isolants destinés aux microtubes à rayons X utilisés dans le traitement du cancer. Ou, pour le nucléaire, fabriqué des puits de forme hexagonale de moins d'un millimètre et des puits parallélépipédiques profonds dans des porte-échantillons pour le CEA.

Les transferts technologiques ne se limitent pas qu'à l'usinage. Les céramiques inventées pour les besoins de l'aventure spatiale, comme les dalles isolantes qui équipent les navettes spatiales, ont été utilisées par les constructeurs de machines à mesurer tridimensionnelles (MMT). « La grande rigidité et la faible dilatation thermique de ce matériau sont utiles pour améliorer la précision de nos solutions, indique Loïc Marquet, responsable des ventes chez Metris France. Certains éléments comme le support de la tête de mesure de la machine Libero sont ainsi réalisés en céramique. »

Dans le domaine de la micromécanique, le Centre suisse d'électronique et de microtechnique (CSEM) a développé une multitude d'applications qui ont migré du spatial vers d'autres domaines. Grâce souvent à des start-up nées dans son "jardin d'enfants". C'est le cas de Colybris, qui a développé des capteurs Mems pour des accéléromètres utilisés dans le spatial. Ils sont maintenant intégrés dans des trains ou des plates-formes pétrolières pour mesurer les vibrations.

Un pistolet pour remplacer le scellement chimique

Parfois le transfert technologique est lié à l'expérience professionnelle dans l'industrie spatiale d'un entrepreneur visionnaire. C'est le cas de Dominique Vinci, directeur général et créateur de Suprameca. « Mes collaborateurs et moi avons une expérience de plus de vingt ans dans la technologie pyrotechnique appliquée aux applications spatiales ou militaires », explique le responsable de cette jeune pousse. Un savoir-faire qui se trouve à la base du développement, en collaboration avec le Cetim (Centre technique des industries mécaniques), d'un outil sans équivalent sur le marché, le SUB150. Ce pistolet remplace le scellement chimique et le soudage sous-marin conventionnel avec la possibilité de propulser, en toute sécurité et quasi instantanément, des fixations capables de pénétrer des supports en acier ou béton. Il fonctionne jusqu'à 150 mètres, soit cinq à six fois plus profondément que les dispositifs existant sur le marché. Sa vitesse de fonctionnement est de l'ordre de quelques millièmes de seconde et les assemblages conçus sont capables de résister à un effort d'arrachement de quatre tonnes. Avec en prime une économie très importante pour l'utilisateur car on diminue à la fois les étapes de préparation, les temps d'intervention et les moyens logistiques. Cette solution couvre un éventail très large d'applications : de la réparation urgente des coques de navire à tout type de fixation sous l'eau. Sans compter les applications militaires... mais, là, c'est secret défense !

DES DÉCLINAISONS EXEMPLAIRES

LA TÊTE D?USINAGE HEXAPODE Développée sur la base du concept de simulateur de vol, la tête CMW 380 du sous-traitant vosgien CMW peut être fixée sur une machine existante. AVANTAGES Usinage rapide sur 5 axes. Précision améliorée par rapport à une machine classique équivalente. Possibilité d'usiner avec deux têtes face à face (brevet en cours). LA MACHINE D?USINAGE PAR ULTRASONS Industrialisée par Microcertec à partir du prototype développé par l'Onera, cet équipement usine sans contact des petites pièces en céramique. AVANTAGES Usinage sans casse de matériaux durs et fragiles. Réalisation de formes géométriques inédites. LA MACHINE À MESURER Plusieurs composants de la Libero, conçue par Metris, ont été réalisés en céramique, un matériau utilisé pour fabriquer les dalles isolantes des navettes spatiales. AVANTAGES Grande rigidité. Faible dilatation thermique. LA ROBOTIQUE COOPÉRATIVE Un robot Kuka a été utilisé pour les essais (ATV, station orbitale) ce qui a permis de mieux adapter son équipement à certaines applications comme la robotique coopérative. AVANTAGES Meilleure interaction entre les différents robots. Mise au point de solutions originales pour le contrôle non destructif.

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