L'USINE À TISSER LES MOTEURS

Snecma et son partenaire américain Albany fabriquent les pièces moteurs des futurs Airbus et Boeing grâce à des métiers à tisser... les fibres de carbone en 3 D.

Qui l'eût cru ? Des métiers à tisser pour fabriquer les moteurs dernier cri de l'industrie aéronautique, ceux qui équiperont, à partir de 2015, la prochaine génération d'Airbus A320 et de Boeing 737. C'est pourtant le cas chez le fabricant Albany International, partenaire industriel du motoriste Snecma. Dans son usine de Rochester, bourgade forestière et isolée de l'État du New Hampshire sur la côte est des États-Unis, on fabrique les pièces essentielles de la partie avant des moteurs, les aubes et le carter de la soufflante, à partir de métiers à tisser. Ils fonctionnent sur le même principe que ceux inventés par Jacquard au tout début du XIXe siècle et qui ont permis l'essor de l'industrie textile. L'usine américaine a d'ailleurs un peu l'allure de celles que l'on pouvait voir fleurir à Lyon il y a deux siècles, la modernité en plus. Dans le hall principal, une dizaine de métiers à tisser sont alignés. Ces machines sont alimentées par de grands équipements situés à l'étage supérieur. En sortent, indéfiniment, des milliers de fils tendus, impeccablement alignés. Eux-mêmes nourris par des bobines où s'enroulent des kilomètres de mèches... Ces métiers à tisser du XXIe siècle ont toutefois gagné en complexité : les ordinateurs ont supplanté les cartes perforées de leurs ancêtres, le fil traditionnel a laissé place à de la fibre de carbone ultra-résistante, au diamètre précis, et dont le maillage correspond à un motif en 3 D soigneusement élaboré par les bureaux d'études de Snecma. Une seule machine fonctionne pour l'instant, car cette usine fait office de prototype. Ses équipements seront par la suite transférés dans un nouveau site de production déjà en cours de construction à quelques kilomètres de là.

Un procédé automatisé et peu coûteux

Albany International se présente comme le partenaire idéal pour Snecma. Issue de l'industrie papetière, l'entreprise maîtrise les techniques de tissage des fibres depuis des dizaines d'années. De plus, elle s'est diversifiée dans le secteur aéronautique en fournissant des prestations d'ingénierie, notamment pour General Electric (GE). Albany a ainsi conçu ses propres métiers à tisser et défini l'ensemble des procédés techniques correspondants. « Nous pouvons mettre à profit cinquante ans d'expertise dans la fabrication de tissus avancés. Avec notre parc de machines, nous disposons de la plus importante capacité de production de tissage de composites en 3 D dédié au secteur aéronautique », estime Joseph Morone, son PDG. De quoi satisfaire son partenaire français, qui vise plusieurs dizaines de milliers de pièces par an. En redécouvrant les vertus des métiers à tisser, Snecma aurait-il trouvé le Graal industriel en matière de production de pièces composites pour moteurs ? Le directeur de la Recherche et Technologie, Vincent Garnier, en est convaincu : « C'est un procédé de fabrication automatisé, répétitif et peu coûteux. »

Le recours aux matériaux composites est en effet essentiel pour assurer les performances du moteur Leap fabriqué pour le compte de CFM International, l'entreprise codétenue à parts égales par Snecma et GE. Pour être plus performant que le moteur précédent le CFM 56, le Leap doit être plus gros (pour aspirer et rejeter plus d'air) sans toutefois être plus lourd. Seuls les matériaux composites, notamment en remplacement du titane, pouvaient relever le défi. Les moteurs Leap sont ainsi plus légers de 225 kilogrammes que la génération précédente. Grâce à d'autres optimisations du moteur (réduction du nombre d'aubes de 24 à 18, amélioration de la combustion...), CFM promet aux avionneurs et aux compagnies aériennes une réduction de l'ordre de 15 % de la consommation de carburant de leur flotte. Le tissage en trois dimensions des fibres de carbone confère aussi au Leap des qualités de résistance mécanique accrues pour parer aux chocs résultant de l'injection d'un corps étranger comme, par exemple, un oiseau. « Les fibres sont véritablement entrelacées dans les trois dimensions et non plus disposées sur des couches déposées successivement les unes sur les autres. Cela évite les problèmes de délamination rencontrés sur les pièces fabriquées avec un processus traditionnel », explique Jean-Jacques Orsini, le directeur du Centre d'excellence industrielle Pièces composites tissées de Snecma (groupe Safran).

Dans la fabrication des aubes, les métiers à tisser ne constituent toutefois que la première étape d'un long processus. Ils produisent ce qu'on appelle la préforme, une espèce de tapis rectangulaire de quelques centimètres d'épaisseur, de couleur sombre et d'apparence rugueuse. Son épaisseur n'est pas homogène, elle varie sur toute la longueur laissant deviner une distribution de la matière assez complexe au niveau du produit final. Difficile à ce stade d'imaginer, qu'en bout de chaîne, sortira une aube lisse, au profil aérodynamique presque parfait. Pour accomplir ce tour de force, Snecma et Albany ont mis au point plusieurs phases de transformation, faisant appel à chaque fois aux dernières technologies.

Secrets de fabrication bien gardés

La préforme est d'abord découpée aux bonnes dimensions à l'aide d'un jet d'eau à très haute pression qui casse les fibres. Malgré sa puissance, le jet doit s'y prendre à deux fois pour détourer la pièce. « La découpe par laser a été écartée car le faisceau aurait brûlé les fibres et abîmé la structure 3 D », précise le chef d'atelier. L'étape suivante s'avère la plus déterminante : le moulage par injection de résine, dit RTM (resine transfert modling). Dans le moule, la résine vient occuper l'espace libre entre les fibres. L'aube prend alors vraiment naissance avec sa forme finale et acquiert sa rigidité. Snecma, qui a développé ce processus industriel au prix d'importants efforts de recherche, ne partage ce secret de fabrication qu'avec son partenaire Albany, chargé de le mettre en oeuvre. Ainsi, lors d'une récente visite à l'usine de Rochester, l'un des principaux dirigeants opérationnels de CFM issu de GE, visiblement intéressé par le procédé, n'a pas pu obtenir de réponses à ses questions.

Usines jumelles

Une fois l'enlèvement des aspérités et le lissage mécanique des aubes effectués, les opérateurs interviennent pour poser le bord de fuite en titane puis le peindre. Ces deux étapes sont les seules qui échappent à l'automatisation et mobilisent les savoir-faire humains. La première opération est sensible puisqu'elle est destinée à renforcer l'aube. L'opérateur solidarise les deux pièces à l'aide de coups de maillets précis et répétés. Ensuite, dans l'atelier de peinture, deux autres opérateurs, protégés des pieds à la tête par une combinaison et équipés de pistolets, appliquent le revêtement coloré sur les aubes. En fin de chaîne, les tests de conformité passent au crible chaque pièce. La forme géométrique est analysée par un laser. Ces test sont assurés par les équipes de Snecma, abritées dans les locaux de son partenaire.

Cette cohabitation n'est pas fortuite. Les deux entreprises ont en effet noué un partenariat industriel original et décidé de partager leurs sites. À terme, deux usines jumelles prendront en charge la production des aubes et du carter. Le groupe Safran en sera le propriétaire et Albany locataire de la moitié de chaque site. Chaque usine devrait employer environ 400 personnes, avec des effectifs répartis à parts égales entre les deux. La première, implantée à Rochester (New Hampshire), sera opérationnelle dès 2014. La seconde entrera en service un an plus tard, à Commercy dans la Meuse, une région sélectionnée pour son expertise dans le domaine textile... De cette façon, « si une usine rencontre un problème, on est sûr de pouvoir assurer la continuité de la production avec la seconde », explique Jean-Jacques Orsini. La montée en puissance de la production sera rapide. Objectif : fabriquer près de 5 000 aubes en 2016 et plus de 30 000 trois ans plus tard.